Homepage
Fysik
Frågor och svar till och med mars 2013
Fråga: Jag undrar hur man räknar ut hur mycket energi det går åt att värma upp en utomhusdamm på 20 000 m3 från låt oss säga 5 grader till 10 grader. Alternativt, jag har en effekt på 300 MWH /år, hur mycket kan jag då värma upp en bassäng på 20 000 m3 om jag låter en slinga med varmt vatten värma upp det?
Svar: Det går åt 4200 J för att värma 1 kg vatten en grad. Ett kg vatten är 1 liter. Varje kubikmeter innehåller 1000 liter. Svaret på första alternativ-frågan bör alltså vara 20 000 x 1000 x 4200 x 5 Joule. På liknande sätt kan man räkna ut alternativ två.
Martin Magnuson
Fråga: Om jag har förstått det rätt så är det de s.k. gluonerna som växelverkar med kvarkar som i sin tur är anledningen till att nukleonerna hålls samman i atomkärnan. Gluonerna växelverkan ska tydligen också vara lik fotonernas växling mellan elektroner. Med det så undrar jag om det är gluonerna som ger upphov till den stora energi som finns i kärnan och hur dessa i så fall reagerar vid alfa-sönderfall. /Anja
Svar: En alfa-partikel består av fyra nukleoner (två protoner och två neutroner) och är kärnan i grundämnet helium som har två elektroner i neutral form. Strålning med alfa partiklar har mycket kort räckvidd på grund av den stora massan (>7000 ggr större än beta-partiklar) och laddningen. Gluonerna växelverkar mellan kvarkarna och ger upphov till den starka kraften som frigör stora energimängder vid sönderfall av en atomkärna (fission av t.ex. uran). Till skillnad från beta-sönderfall, beror alfa-sönderfall på kampen/balansen mellan den starka kraften mellan kärnpartiklarna och den elektromagnetiska kraften.
Till skillnad från t.ex. betasönderfall består växelverkan bakom alfasönderfall av en balans mellan den starka kraften och den elektromagnetiska kraften. Alfasönderfall blir då resultatet av Coulomb-repulsionen mellan alfapartikeln och den resterande atomkärnan, som båda har en positiv elektrisk laddning och hålls samman av den starka kraften. Inom klassisk fysik har dock alfapartikeln inte tillräcklig energi för att ta sig igenom den potentialbarriär som uppstår på grund av den starka kraften inne i kärnan. Kvantmekaniskt kan dock alfapartikeln ’tunnla’ genom potentialbarriären med sina vågegenskaper trots att den inte har tillräckligt med energi för att övervinna den starka kraften i kärnan om den betraktas som en partikel. Alfapartikeln kan då efter tillräckligt lång tid ta sig ur potentialgropen och övervinna den starka kraften i kärnan så att ett sönderfall sker.
Gluoner 'bär' alltså den starka kraften mellan kvarkarna på ett liknande sätt som fotoner 'bär' den elektromagnetiska kraften. Exempelvis är gluoner och fotoner båda masslösa. Observera dock att eftersom kvarkarna också har elektrisk laddning, så verkar också den elektromagnetiska kraften mellan kvarkar på liknande sätt som mellan elektroner. Det finns alltså en viktig skillnad mellan gluoner och fotoner: Gluoner växelverkar inte bara med kvarkarna, utan också med varandra. Fotoner däremot växelverkar inte med varandra utan bara med partiklar med elektrisk laddning eftersom fotonen själv är oladdad och en elektromagnetisk våg inte bär någon elektrisk ström.
Just detta faktum att gluonerna växelverkar med varandra innebär också att en stor del av protonernas och neutronernas massor (som ju bygger upp atomkärnan) består av energi som härrör från gluonerna; dels i deras växelverkan med kvarkarna men också i växelverkan med varandra. Hur stor del av en kärnas totala massa som går att hänföra enbart till gluon-gluon-växelverkan vet man inte exakt, men man brukar räkna med att enbart ca 2% av en protons/neutrons massa kommer från 'rena' kvark-massor; resten kommer från olika typer av växelverkansenergier (stark, elektromagnetisk, svag) och kinetiska energier hos kvarkar och gluoner.
Gluonernas roll vid just alfa-sönderfall är dock mer indirekt. Vi kan tänka oss att en alfa-partikel precis är på väg att bryta sig loss från en atomkärna. Till skillnad från den elektromagnetiska kraften har den starka kraften mycket kort räckvidd så vi kan tänka oss ett läge där den starka kraften verkar enbart mellan (t.ex.) en neutron i alfa-partikeln och en neutron i den kvarvarande atomkärnan (det kan förstås lika gärna vara protoner). Eftersom kvarkar och gluoner aldrig uppträder 'ensamma' i naturen utan alltid binder samma i olika typer av partiklar, så beskrivs den starka kraften mellan de två neutronerna inte av ett direkt utbyte av gluoner, utan i stället av en partikel med en massa som kallas meson, som består av en kvark och en antikvark hopbundna av gluoner. Gluonerna finns alltså där men 'gömda' i mesonen, och den starka kraften mellan de två neutronerna (som bärs av mesonen) kan ses som en 'rest' av den ursprungliga starka kraften mellan kvarkar och gluoner.
Martin Magnuson
Fråga: Hej! Vad är det som får elektronerna att ha exakt rätt hastighet, och vad är det som får dem att snurra runt atomkärnan över huvud taget? /Peter
Svar: Frågan är lite oklar men handlar nog om den gamla bilden av elektroner som snurrar som små planeter kring sin atomkärna. I den kvantmekaniska beskrivningen av en atom har en elektron ingen exakt hastighet över huvud taget. Den behöver inte heller ha någon rörelse runt atomkärnan; s-tillstånden har ju inget rörelsemängdsmoment. Däremot har t ex en elektron i en väteatom enbart vissa exakta (kvantiserade) energier. Om frågan egentligen handlar om varför atomen har dessa exakta energier så handlar det om kvantmekanik.
Martin Magnuson
Fråga: Vad är den högsta ljudnivå som finns? Jag har hört att det inte finns högre än 194 dB, stämmer detta? /Alex
Svar: 194 dB motsvarar en tryckamplitud på 1 atm, dvs normalt lufttryck. Därför går det inte att åstadkomma en sinusvåg med större amplitud eftersom trycket inte kan bli mindre än noll (vakuum). Distorderade ljudvågor kan dock komma över 194 db, t.ex. vid chockvågor när ett jetplan passerar ljudvallen med en knall.
En sinusvåg är ett specialfall, men ett användbart sådant, eftersom alla periodiska funktioner kan simuleras med en summa av sinusvågor med olika frekvenser och amplituder. Men över 194 dB går det alltså inte längre att generera några sinusvågor, eftersom trycket i luften inte kan bli mindre än noll, sinusvågen kommer att klippas vid trycket noll.
Ljud är en vågrörelse i luft där luften omväxlande komprimeras och expanderas. Dvs ljud består av små variationer i lufttrycket när ljudvågen går fram. Variationerna är normalt lika stora uppåt i tryck som nedåt. Maximal variation åt ena hållet kallas för amplitud.
Biologiskt mäts ljudnivå i sk. Hearing Level (HL) och utgår då som referens från 20 micro-Pascal, vilket är det svagaste ljud som en människa kan uppfatta. Fysikaliskt mäts ofta som ljudtrycksnivå (ofta förkortat SPL - Sound Pressure Level), och anges i en logaritmisk skala som SPL = 20 log (p/pref), i förhållande till ett referenstryck där p är ljudtrycket och pref är ett referenstrycket noll micro-Pascal.
Ett normalt samtal har en ljudtrycksnivå på omkring 60 dB vilket motsvarar ett 1000 gånger högre ljudtryck än det svagaste ljud vi kan höra. Mellan 20 micro-Pascal och uppåt kallas hörområdet (0-120 dB HL). En rockkonsert ligger på omkring 110 dB. Smärtgränsen då det börjar göra ont i örat anges ofta som 120-130dB. Ljudstyrkan under vatten mäts relativt 1 micro-Pascal, och hörtröskeln för en mänsklig dykare är 67 dB HL (relativt 1 micro-Pascal).
Notera att hur högt vi människor uppfattar en ljudnivå inte är linjärt med ljudtrycksnivån. En ökning av ljudtrycksnivån med 3 dB från tex en stereo (=en ljudtrycksökning på 3,2 ggr) uppfattar vi som ungefär en fördubbling av volymen.
Normalt atmosfärstryck är 101325 Pa. Det lägsta tryck vi kan få är vakuum = 0 Pa. Med den starkaste symmetriska ljudvågen kommer då trycket att variera från vakuum till det dubbla atmosfärstrycket (amplituden blir lika med atmosfärstrycket). För att få ett effektivvärde som har denna amplitud krävs en fyrkantsvåg. Den teoretiskt högsta ljudtrycksnivån blir då 20log(101325/0.000020) = 194dB precis som det i frågan. För en ren ton som består av endast en frekvens är effektivvärdet hos tryckvariationen 101325/1.414 = 71658 Pa vilket skulle motsvara en ljudtrycksnivå på 191 dB. Detta motsvarar en tryckamplitud som är ca 1000 ggr högre än smärtgränsen
I verkligheten inträder dock andra olinjäriter långt innan vi når dessa ljudtrycksnivåer. Tex skulle stora tryckvariationer också leda till att luften omväxlande värms upp och kyls ned. Luften går också att komprimera till mycket högre tryck än normalt atmosfärstryck. Vid högre tryckimpulser fås det som kallas shockvågor, dvs en våg som blir avhuggen vid 0 Pa och därmed kraftigt asymmetrisk. Frågan är om man skulle överleva ens 194 dB, öronen skulle i varje fall förstöras. I andra omgivningar än luft t.ex. djupt under vattenytan där trycket är mycket högre än atmosfärstryck kan vi också få mycket högre ljudtryck än 194 dB.
Martin Magnuson
Fråga: En buktig platta kan ha många resonansmönster. Man talar om bukar och noder (nodlinjer). Nod betyder "ingen rörelse". Vad kan en vibrationskraft anbringad i en nodlinje åstadkomma? Nodlinjen skall kunna flytta sig något. Ett specialfall är om dubbla frekvensen finns med i kraften. Vänliga hälsningar /Musiker
Svar: Om man tillför vibrationsenergi med en vibrerande stav så bildas nya noder beroende på den frekvens man stimulerar med. En buktig platta kan t.ex. vara ett lock eller botten på en fiol. Noder och bukar uppstår då ett föremål vibrerar vid någon eller flera av sina resonansfrekvenser. Resonansfrekvenserna är de frekvenser ett föremål börjar vibrera med om det utsätts för en fysisk kraft och sedan snabbt släpps, systemets egenfrekvenser. Figuren nedan illustrerar hur det ser ut för en sträng fastspänd i två punkter som är det enklaste fallet. Om man slår an strängen kommer krafter i strängen att vilja återställa strängen till utgångsläget och vi kommer att få en vibration med en eller flera av ett antal möjliga frekvenser. Den lägsta möjliga frekvensen, grundtonen, har en våglängd som motsvarar dubbla avståndet mellan infästningspunkterna, dvs en halv våglängd får plats mellan infästningspunkterna. Den näst lägsta frekvensen kallas första övertonen och den får en frekvens som motsvarar att en hel våglängd får plats mellan infästningarna, dvs den får dubbla frekvensen jämfört med grundtonen. Andra övertonen får en frekvens 3 gånger grundtonen och den fjärde övertonen en frekvens 4 gånger grundtonen osv. Spelar man på en gitarr kommer flera av dessa övertoner att exciteras. Det är fördelningen mellan övertonerna som ger ett instrument dess ljudkaraktär.
I princip alla föremål har en uppsättning resonansfrekvenser vid vilken vibrationer förstärks. Vilka frekvenserna är bestäms av föremålets utformning, materialegenskaper mm. För varje resonansfrekvens får objektet på vissa platser bukar eller noder. Noderna kan vara punktformiga eller följa vissa linjer, sk. nodlinjer. Resonansfrekvenserna kallas ofta för vibrationsmoder eller bara "moder". Hur dessa resonansmönster ser ut för olika geometrier (utformning, tjocklek och materialegenskaper) kräver ofta komplicerade beräkningar eller mätningar för att lista ut. Ofta är inte (det är det väl?) övertonerna multiplar av grundtonen som i fallet med strängar.
Antag att man applicerar en extern vibration i en nod eller nodlinje med samma frekvens som den noden härstammar ifrån. Då kommer i teorin, för tex en ideal sträng, inte vibrationen [beror väl på fasskillnaden mellan grundtonen och den nya externa vibrationen? Är de i fas eller motfas?] excitera denna vibrationsfrekvens. Så länge vibrationen pågår kommer noden att vibrera. Tas vibrationen bort kommer den snabbt dämpas. Man kan även släcka ut vissa frekvenser genom att tvinga fram noder i vissa punkter. Exempelvis är det känt hos gitarrister att om man trycker lätt precis på mitten mot strängen så dubblas tonhöjden eftersom vi släcker grundtonen och alla andra frekvenser som har en buk där. Den lägsta frekvensen blir dubbla grundtonen.
I verkligheten är det svårt att applicera en vibration exakt i en nod eller nodlinje. Dessutom finns det pga av materialets mekaniska egenskaper, fysiska utbredning och massfördelning etc det man kallar koppling mellan vibrationsmoder, vilket kommer att leda till att man exciterar även de resonansfrekvenser som har en nod precis i vibrationspunkten.
Figur: De första fyra resonansfrekvenserna för en sträng
Martin Magnuson
Fråga: Vad skulle hända om det var -273.15 grader kallt? /Emil
Svar: Om det är -273,15 grader är vi vid absoluta nollpunkten och då är det mörkt och tyst och stilla. Ibland säger man att all rörelse har upphört vid absoluta nollpunkten. Det är dock en sanning med modifikation, för om man kan gå ner på submikroskopisk nivå finns det en viss rörelse hos smådelarna i atomerna. I vissa atomära system är rörelsen faktiskt mycket stor även vid absoluta nollpunkten, t.ex. i en metall, där det finns ett stort antal rörliga sk. lednings-elektroner som leder ström och dessa är långt ifrån stilla. Deras genomsnittliga hastighet är t o m flera tusen m/s vid absoluta nollpunkten. Men eftersom de rör sig i olika riktningar tar de i genomsnitt ut varandra så nettoeffekten är stillhet. Om vi inte ser det mikroskopiskt utan makroskopiskt kan vi alltså säga att allt är tyst och mörkt och stilla vid absoluta nollpunkten.
Martin Magnuson
Fråga: Vad krävs för att en väteatom som befinner sig i sitt grundtillstånd ska sända ut de tre elektromagnetiska strålningarna: värme, rött ljus och ultraviolett strålning? /Sahra
Svar: En atom kan inte sända ut elektromagnetisk strålning så länge den befinner sig i grundtillståndet. För att sända ut strålning måste den gå från ett högre energitillstånd till ett lägre - t.ex. till grundtillståndet som är det lägsta energitillståndet.
Energin hos en väteatom kan illustreras med hjälp av en lodrät stege där grundtillståndet är marknivån. Stegpinnarna representerar atomens exciterade nivåer, dvs möjliga energinivåer med högre energi än grundtillståndet. Till skillnad från en vanlig stege är det dock olika avstånd mellan stegpinnarna. Störst avstånd är det mellan marken och första stegpinnen, dvs mellan grundtillståndet och första exciterade nivån. Sedan avtar avståndet mellan stegpinnarna gradvis så att de i toppen ligger de mycket tätt. Om det vore en vanlig stege vore den dock mycket opraktisk att använda eftersom första stegpinnen t o m ligger på övre halvan av stegen.
När atomen övergår från en högre energinivå till en lägre utsänds energi-skillnaden som elektromagnetisk strålning - egentligen som ett "kvantiserat paket" av elektromagnetisk strålning som kallas foton. Att skapa fotoner av ultravioletta ljusvåglängder (94-122 nm) kräver att väteatomen måste övergå till grundtillståndet för att frigöra tillräckligt mycket energi (Lyman serien). Synligt ljus kräver litet mindre energi, och då räcker det med en övergång till den första exciterade nivån, dvs ett hopp ner till den första stegpinnen från någon av de högre nivåerna (Balmer serien). Rött ljus (656 nm) motsvarar här övergången från andra till första "stegpinnen". Värmestrålningens fotoner har längre våglängder (1094-1875 nm) och lägre energi än det synliga ljuset så här handlar det om övergångar som representeras av någon av pinnarna i den övre delen av stegen (Paschen serien).
Martin Magnusson
Fråga: Hur hög densitet behöver ett objekt ha för att få sin egen gravitationskraft? /Sofia
Svar: Ju mindre massan är desto svagare blir gravitationskraften, men den blir inte noll förrän massan blivit noll. Det finns alltså inte någon densitetsgräns, skild från noll, där gravitationskraften upphör men det går heller knappast att mäta gravitationen från en enskild atom. I praktiken är gravitationen även försumbar mellan vardagsföremål. Man kan dock observera och mäta att gravitationskraften uppstår mellan par av föremål t.ex. att jordklotet påverkar ett äpple. Det är därför äpplet har en tyngd. Äpplet påverkar också jordklotet med en kraft som är exakt lika stor men motsatt riktad. Gravitationskraften mellan två äpplen är däremot för svag för att märkas även om den i princip finns.
Martin Magnuson
Fråga: Om det hamnar en oljehinna på vattnet så bildas regnbågens färger. Om man tittar rakt ner förstärks den blå-lila färgen. Hur kommer det sig att man ser den blå-lila färgen då man tittar rakt ner?
Fråga: Hur kan man beräkna en bredd på det första spektret om det finns ett kontinuerligt spektrum på en vägg (det är alltså en ficklampa som lyser genom ett gitter)?
Svar: Om man antar att det är ett vanligt transmissionsgitter blir det en huvudtopp och flera sidotoppar beroende på diffraktion och interferens. Här är det lite oklart vad det är som efterfrågas men om det är bredden av första sidomaximum för synligt ljus som efterfrågas ges denna isåfall av gitterformeln: d*sin(vinkel)=m*våglängd, dvs. vinkeln=arcsin(m*våglängd/d), där m är ett heltal och m=1 för första ordningens maximum. d är gitterkonstanten. vinkelbredden ges alltså av att den minsta vinkeln ges av våglängden=400 nm och den största av att våglängden=700 nm (om vi definierar det synliga området som 400<våglängden<700 nm). Om vi vill ha bredden som en sträcka måste vi också veta avståndet till väggen.
Martin Magnusson
Fråga: Jag undrar om det stämmer att man förlorar 20 minuter av sitt liv om man sitter en timme framför en skärm? /Hanna
Svar: Datorskärmar i sig förkortar inte livet utan snarare är det för mycket stillasittande som kan orsaka hälsoproblem i längden. Moderna datorskärmar med LCD-teknik strålar betydligt mindre än gammaldags (tjock-TV) skärmar som innehöll en elektronkanon. Man bör alltså tänka på att röra på sig regelbundet om man har ett stillasittande arbete oavsett om man arbetar vid dator eller ej.
Martin Magnusson
Fråga: Kommer jorden att gå under 2012? /Jacob, 10 år
Svar 1: Jorden kommer med all sannolikhet inte att gå under 2012-12-21. Frågan är väl närmast varför man ska utgå från Mayakalendern, vars förutsägelse man dessutom har misstolkat. Det största hotet mot jorden skulle vara en stor asteroid, men sannolikheten är mycket låg att en sådan ska träffa jorden inom överskådlig tid. Det kommer två eller tre asteroider per miljon år som är tillräckligt stora för att förstöra jorden. Små meteoriter träffar jorden dagligen men orsakar i regel ingen som helst förödelse. Då solens 11-åriga aktivitetscykel har sitt maximum om ett par år kommer solens eruptioner att öka vilket kan ge upphov till vackra norrsken av solvindens partiklar (främst heliumkärnor och protoner). De kan också störa elektronisk utrustning, men det leder inte till jordens undergång.
Martin Magnusson
Svar 2: Nej då, det är ingen fara. Under så lång tid som vi känner till har det alltid dykt upp olika profeter, varje år, och sagt att jorden skall gå under. De har aldrig haft rätt, i alla tusentals år, så Du behöver inte vara orolig.
Sverre Sjölander
Svar 3: Du kan sluta att oroa dig över jordens undergång den 21 december 2012, det finns inget som helst vetenskapligt stöd för denna förutsägelse. Den har att göra med att Maya indianerna hade en kalender som slutade detta datum, det och finns inget som helst vetenskapligt stöd för att det skulle hända något speciellt just då. Det har av någon anledning kommit igång en massa konstiga idéer om att det skulle betyda jordens undergång. Det har genom tiderna funnits en hel massa datum då allt skulle försvinna, men här fortsätter vi våra liv utan problem!
Ragnar Erlandsson
Fråga: De syntetiska materialen alstrar statisk elektricitet. Vad kan det få för konsekvenser? Brinner de lättare upp? /Sara
Svar: Statisk elektricitet är normalt inte farlig eftersom den visserligen har hög spänning men strömmen är mycket låg. Statisk elektricitet kan dock vara mycket farlig för personer som arbetar med och hanterar lättantändliga gaser såsom flygbensin och sprängämnen. Då måste man undvika att ha kläder som kan ge upphov till statisk elektricitet. Statisk elektricitet är också farlig för elektronikkomponenter, kretsar och minnen i t.ex. datorer som kan sluta att fungera. Statisk uppladdning kan också vålla problem vid tillverkning av t.ex. tidningar, ballonger och plastpåsar som fastnar i varandra.
Martin Magnusson
Fråga: Vilka fysikaliska upptäckter har varit avgörande för utvecklingen av röntgenundersökning? Vilka är de negativa konsekvenserna? Vilka fördelar har röntgenbehandling jämfört med andra? Vilka försiktighetsåtgärder är viktiga? Hur ser den tekniska lösningen ut? Vilka delar var troligtvis svårast att lösa?
Svar: Upptäckten av röntgenstrålar (X-rays) av Wilhelm Conrad Röntgen år 1895 kom att få stor betydelse för sjukvården vid diagnos och behandling av olika sjukdomstillstånd. Med röntgenstrålar och olika kontrastmedel kan man se kroppens olika ben och organ i hög upplösning för att kunna ställa diagnos. Den vanligaste typen av diagnos får man hos tandläkaren när det gäller karies i tänderna och hos röntgenläkaren om man har brutit ett ben. Vissa sjukdomar kan också behandlas med röntgenstrålning, speciellt tumörer av olika slag. För den som står inför ett beslut att genomgå en röntgenundersökning eller behandling finns medicinsk expertis på området inom sjukvården.
Stark joniserande strålning kan orsaka mutationer i celler och cancer, men med modern teknik, såsom CCD-kamera och digital bildbehandling, i stället för traditionell fotografisk film, har man kunnat minska doserna avsevärt – och därmed också minska risken. Detta gäller även datortomografi. Vid så kallad ”magnetröntgen” används inte röntgenstrålning, utan ett starkt magnetfält, som inte ger någon risk för mutationer.
Röntgenbehandling av en tumör har fördelen att verka mer lokalt, jämfört med cellgiftsbehandling. Man kan avgränsa behandlingsfältet exakt för att skydda de friska organ som finns i närheten av en tumör.
Vid röntgenbehandling beräknas först mycket noggrant den dos som krävs för att slå ut tumören, samtidigt som man avgränsar och minimerar dosen som kan nå friska organ.
Röntgenteknik för diagnostik och behandling har genomgått en inkrementell utveckling och pågår fortfarande. Ett exempel på ny teknik för behandling som nu installeras på våra sjukhus är stereotaktisk behandling med hjälp av många smala strålfält som riktas mot tumören och koncentrerar behandlingen där, samtidigt som bestrålningen av frisk vävnad minimeras.
Martin Magnusson
Fråga: Vad skulle hända om man sköt fart på en pulka eller något liknande nerför en backe om det inte fanns någon friktion? Skulle pulkan hålla konstant hastighet hela tiden eller skulle den till slut börja sakta in?
Svar: Om det inte finns någon friktion mot underlaget (eller luftmotstånd) så kan man likna rörelsen vid ett fritt fall där rörelsen inte kommer att sakta in. Så länge som backen lutar utför kommer pulkan faktiskt att öka farten. Har vi ingen friktion ger ju medlutet en nettokraft, och enligt Newtons andra lag kommer en nettokraft att ge en acceleration.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Vad skulle hända om jordens volym blev mindre men jordens massa var lika stor som förr? /Adam
Svar: Tyngden vid ytan av den krympande jorden är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet till jordens centrum. Det innebär att tyngden blir 4 ggr så stor om jordens radie blir halverad, 9 ggr så stor om radien blir 1/3, ....... 100 ggr så stor om radien blir 1/10. Densiteten är massa/volym. Om massan är konstant och volymen minskar så ökar alltså densiteten. Om vi tänker oss att vi på något sätt kunde hålla oss kvar på det avstånd från jordens centrum som vi nu befinner oss på, dvs cirka 640 mil, skulle vi inte märka någon skillnad, dvs tyngden skulle vara precis densamma. I alla punkter utanför den nuvarande jordradien kommer tyngden också att vara oförändrad. Månen kommer t ex inte att ändra sin rörelse.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Ökar eller minskar gravitationen ju närmare mitten man kommer i jordklotet? /Mia
Svar: Gravitationskraften (tyngdkraften) minskar ju närmare mitten man kommer i jordklotet och i jordens medelpunkt blir gravitationskraften noll. Om vi gör en idealiserad modell av jorden där densiteten (dvs massa per volymsenhet) antas konstant, skulle tyngdkraften ändras linjärt med avståndet till jordens centrum. På 1/10 av jordradien har vi alltså 1/10 av vår vanliga tyngd, på 1/3 av jordradien har vi 1/3 o s v. Vi får ju mer massa ovanför oss när vi närmar oss jordens medelpunkt. När vi nått dit ligger alltså massan längre ut. När man närmar sig jordens medelpunkt kommer massan bakom inte ge dig någon gravitationskraft eftersom det tar ut sig i olika riktningar.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsteknik
Fråga: Jag undrar hur man kan mäta temperaturen i framtiden, på ett annat sätt än med termometern.
Max
Svar: Vanliga termometrar bygger på ett ämnes värmeutvidgning (t.ex. kvicksilver eller sprit). Det finns andra typer av ”termometrar” som mäter värmestrålning, s.k. värmekameror, termiska kameror, eller infraröda kameror som tar en bild på fördelningen av den infraröda strålningen i likhet med en vanlig kamera som avbildar synligt ljus. Om föremålet på en infraröd bild (t.ex. ett hus, en människa eller en rörledning) har olika temperaturer på olika ställen så syns det tydligt som olika färger på bilden. Det är användbart för att upptäcka t.ex. läckor eller andra oönskade effekter.
En annan typ av ”termometer” använder den s.k. termoelektriska effekten vilket användas i ett termoelement där en spänning kan omvandlas till temperatur. Ett termoelement består av två metalltrådar av olika material (t.ex. koppar-konstantan) som är sammanfogade till en elektrisk krets. När man mätt spänningen över trådarna kan man avläsa temperaturen med hjälp av en omvandlingstabell.
En tredje typ av ”termometer” är den så kallade resistanstermometern som mäter resistansen (motståndet) i metaller t.ex. platina eller nickel som är temperaturberoende.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Jag undrar om det går lika bra att använda en kvicksilvertermometer i Etiopien som på Nordpolen?
Eva
Svar: En kvicksilvertermometer innehåller kvicksilver i ett smalt rör med en bubbla i nedre änden. När kvicksilvrets volym ökar med temperaturen stiger kvicksilvret i röret. Kvicksilver fryser till fast form vid -38 grader Celsius vilket gör det olämpligt att använda vid Nordpolen, där man hellre bör använda sprittermometrar som fryser vid lägre temperatur (-114 grader Celsius).
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Om man har oturen att befinna sig i en fritt fallande hiss, är man tyngdlös. Kan man hoppa då?
Hälsningar Kalle
Svar: Om man hoppar i tyngdlöst tillstånd innebär det att man sätter fart åt det håll man hoppar och kommer snart att träffa antingen taket eller någon av väggarna i hissen. Jämför med en astronaut i en rymdkapsel som kan bolla med sig själv och t.ex. bollar av vatten.
Vad bör man då göra för att minska skadorna om hissen släpper och rusar nedåt eller i liknande fall, om t.ex. en buss är på väg att köra in i en bergvägg? När det gäller bussen bör man pressa sig mot framförvarande säte. På så sätt deltar man i inbromsningen medan främre delen av bussen deformeras. I fallet med hissen bör man göra något liknande, dvs trycka sig mot hissens golv för att delta i hissens inbromsning medan den deformerar underlaget. I det senare fallet är det inte så lätt. I båda fallen bör man eftersträva att ha en stor yta som tröghetskrafterna fördelar sig över. Att hoppa i hissen strax innan den träffar golvet är en dålig strategi vid högre farter. Farten minskas försumbart och man landar på fötter eller knän eller armbågar som får ta hela smällen mot ett stillastående golv. Risken finns t o m att man landar på ett golv som studsar upp vilket omintetgör fartminskningen vid upphoppet men det beror på golvets och hissens konstruktion.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Anta att en gevärskula färdas med en konstant hastighet och höjd över marken, längs en plan oändlig yta. En väldigt snabb bil kör bredvid kulan i samma hastighet som kulan, med nedvevat fönster. Bilen ändrar kursen ytterst lite och närmar sig kulan, tills kulan befinner sig precis utanför fönstret på bilen (vi ignorera för sakens skull luftdraget runt bilen och dess effekt på kulan). Bilen girar ytterligare, så att kulan "åker in" genom fönstret.
Vad händer om bilen girar ytterligare så att kulan "åker in" genom fönstret på bilen? Skulle den "sväva i luften" i kupén? Skulle den falla till marken?
Gör antagandet om konstant hastighet någon skillnad när väl kulan är inne?
Tack på förhand! /Martin Löwing
Svar: Tack för en trevlig fråga. Du använder din fantasi för att leva dig in i konsekvenserna
av ett fysikaliskt skeende. Sådant kan ofta vara mycket lärorikt. Låt oss se vad vi lär oss
i detta fallet.
Du utgår från en gevärskula som, utan luftmotstånd, rör sig med konstant fart på konstant höjd
över ett plan. Resultatet av ditt tankeexperiment blir att vi får en gevärskula inne i bilen som
inte ramlar ner. Så roligt brukar det ju inte vara. Något måste vara fel.
Felet är utgångspunkten. En gevärskula som skjuts horisontellt ramlar till marken på samma
tid som om den bara släppts rakt ner. (På en sekund ramlar kulan cirka 5 m oavsett om
man bara tapper den eller skjuter den horisontellt. Jämför vad som sägs nedan om jordytans
krökning.) Om du ändå lyckas genomföra ditt tankeexperiment skulle du alltså finna att kulan
ramlar ner på golvet, precis som vilken kula som helst.
Det finns dock en situation där en kula kan tänkas röra sig på konstant höjd över markytan.
Men då måste den röra sig betydligt snabbare än gevärskulor brukar och vi måste utnyttja
det faktum att jordytan är sfärisk. Rör sig kulan med 8000 m/s, dvs 8 km/s, inträffar detta.
(Om man lägger ett tangentplan på en sfärisk jord kommer planet att vara på 5 m höjd när
man nått 8 km från tangeringspunkten. Föremål som skjuts ut horisontellt från tangerings-
punkten med farten 8 km/s kommer alltså att ha ramlat precis lika mycket som jordytan sjunkit
undan på en sekund. Bortser vi från luftmotstånd och andra störningar, hus och berg t ex,
upprepas detta under nästa sekund, och nästa, och nästa . . Föremålet ramlar exakt lika
mycket som jordytan böjer av och befinner sig därför på konstant höjd.)
Om vi nu upprepar ditt tankeexperiment kommer vi verkligen att få en gevärskula som svävar
på konstant höjd inuti bilen. Den tycks tyngdlös. Situationen liknar den i en rymdkapsel där
föremål svävar omkring. Förklaringen är att din bil nu ÄR en rymdkapsel. Rymdkapslar som
inte är alltför långt från jorden färdas just med farten 8 km/s.
Genom tankeexperiment av detta slag kan man lära sig mycket fysik. Albert Einstein använde
ofta tankeexperiment. På tyska kallas det Gedankenexperiment.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Vad menas med förbränning?
Mvh Berkay Ucar
Svar: Med förbränning menas en kemisk reaktion där ett bränsle reagerar med ett oxidationsmedel såsom syre under bildning av värme. Reaktionen är oftast kontrollerad eller önskvärd i t.ex. en ugn men ämnet kan också brinna med en öppen låga. För att starta en förbränning behövs någon form av tändsystem t.ex. tändstickor eller gaständare.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Om man kastas/knuffas/trillar ut från fönstret på t e x 7:e våningen i ett bostadshus, går det att beräkna hastigheten för fallet? Och hur skulle den formeln se ut? Går det att beräkna nedslagsplatsen - som ev skillnaden - vid ett kast och/eller knuff och ett fall på egen hand, dvs kommer nedslagsplatsen bli annorlunda vid en knuff/kast mot ett fall? Varför skulle det i så fall finnas skillnader mellan ett fall genom att man t e x halkat från fönsterblecket på egen hand mot att bli knuffad ut genom fönstret? Och hur skulle man i så fall komma fram till det?
Vänligen, Richard Larsson
Svar: Om kroppen som faller inte har någon hastighet lodrätt nedåt från början kan man beräkna hastigheten för fallet som v=g*t, där g är tyngdaccelerationen 9.82 m/s2 vid jordytan och t är tiden i sekunder. Hastigheten ökar då med roten ur fallsträckan (7 våningar, ca. 20 m); v=sqrt(2*g*s)=sqrt(2*9.82*20)=19.8 m/s. Om man släpper kroppen på mycket högre höjd som en fallskärmshoppare kommer luftmotståndet att motverka tyngdaccelerationen alltmer tills en maxhastighet nås vid ca 50 m/s. Om kroppen istället har en hastighet horisontellt ut från fönstret att ta hänsyn till, kommer den landa längre ut från huset beroende på hur hårt man knuffar och om personen på något sätt motverkat knuffen genom att bromsa. Rörelsen i horisontell led är oberoende av fallrörelsen i lodrät riktning, om man bortser från luftmotstånd. Om personen vid uthoppet har hastigheten 3 m/s ut från väggen kommer denna rörelse att fortgå under hela fallet. I detta exempel är falltiden cirka 2s. Då landar han 2*3 m, dvs 6 m från väggen.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Jag har förstått hur man kommer fram till formeln för tidsdilatation genom att betraktaren av rymdskeppet (från sidan) tycker att ljusstrålen färdas en längre väg än den som är i rymdskeppet, men eftersom båda uppfattar samma hastighet på ljuset så måste det ha gått längre tid för betraktaren. Tiden går alltså långsammare för den som sitter i rymdskeppet. Och så kan man få fram formeln via Pythagoras sats.
Men om man befinner sig i vatten där ljuset går långsammare än i vakuum - är situationen densamma, eller upplever betraktaren och resenären olika hastigheter på ljuset?
Och partiklar som färdas fortare än ljus i vatten (och ger upphov till s k Tjerenkov-ljus), varför går inte dessa bakåt i tiden? Överallt jag läst så säger de bara att partiklarna skulle behöva färdas fortare än ljus i vakuum för att de skulle färdas bakåt i tiden. Men detta är bara ett påstående och inte en motivering eller förklaring. Jag skulle gärna vilja förstå varför det är så.
Anders
Svar: I ett medium som vatten är ljushastigheten lägre än ljushastigheten i vakuum, c. Hastigheten i mediet ges av uttrycket (1/n)c där n betecknar mediets brytningsindex. Redan 1851 undersökte Fizeau vilken ljushastighet man observerar i laboratoriet om en ljusstråle går i strömmande vatten som alltså rör sig relativt laboratoriet. Motivet för detta experiment var att undersöka om ”etern”, som man trodde krävdes som medium för ljuset, släpades med av vattnet vilket skulle kunna mätas. Fizeau uppmätte verkligen en sådan effekt, men långt mindre än om etern helt hade följt vattnets rörelse, vilket ju borde ha gett en hastighet i laboratoriet direkt given av det klassiska sättet att addera hastigheter, v(ljus i lab)=v(ljus i vatten)+v(vatten). Han tolkade (felaktigt) detta som att etern fick en liten del av vattnets hastighet. Nu vet vi att hans resultat berodde på att man måste använda den relativistiska formeln för addition av hastigheter i detta fall, vilket ger det observerade resultatet. Det är alltså inte sant att olika observatörer mäter samma ljushastighet i vatten. Hastigheten hos vattnet respektive ljuset adderas, men då det handlar om hastigheter nära ljusets så måste den relativistiska additionsformeln användas. Ett resultat av detta är att summahastigheten aldrig kan överstiga c för någon observatör.
I den vanliga härledningen av tidsdilatationsformeln rör sig den ena observatör tillsammans med utrustningen som består av en lampa, en spegel, en detektor och en klocka medan den andre står still och ser hur ljuset går den längre sträckan som utgörs av två sidor i en triangel. Det samband för tidsdilatationen man kommer fram till är en konsekvens av att man förutsätter att de båda observatörerna mäter samma ljushastighet, c. Om man gör experimentet helt nedsänkt i vatten (och felaktigt antar att båda mäter hastigheten c/n) skulle man få exakt samma formel för tidsdilatation fast med c utbytt mot c/n. Eftersom grundantagandet i det fallet är felaktigt skulle man snart observera att formeln för tidsdilatation ej stämde, vare sig i en värld full av vatten eller i vakuum. Några problem med ”negativa tider” får man inte, eftersom det är ljushastigheten i vakuum, c, som är den fysikaliskt relevanta parametern.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Jag har en träbit och en järnbit som är lika stora. Om man värmer upp båda bitarna till 100 grader Celsius, vilken av bitarna svalnar fortast?
Svar: Järn har ungefär 100 gånger högre värmeledningsförmåga än trä vilket gör att trä leder värme sämre och fungerar bättre som isolering. Vi antar att bitarna har samma volym och att de legat i en värmeugn under lång tid så att det är 100 grader C inuti materialet. När man tar ut bitarna ur ugnen så minskar temperaturen inuti träbiten långsammare än inuti i järnbiten, på grund av den lägre värmeledningsförmågan i trä. Det tar längre tid att leda värmen inifrån träbiten ut till ytan än det gör för järn.
Järnbiten kommer dock att kännas varmare inledningsvis eftersom värme från dess inre leds till ytan. Det är på detta sätt järnbiten "slösar" med sin värme och så småningom blir kallare än träbiten. Eftersom bitarna är vid en högre temperatur än hudens temperatur (100 grader C), överför metallen värme till huden snabbare än trä, så metallen känns varmare än träbiten. Om man sedan när det svalnat helt berör metall i rumstemperatur, drar det värme från huden snabbare än trä vid rumstemperatur gör, så det känns kallare än trä.
Martin Magnusson, docent i tunnfilmsfysik
Fråga: Finns det definitionsmässigt något som heter magnetisk energi?
Svar: På samma sätt som man talar om gravitationell lägesenergi när man t.ex. lyfter upp en sten i ett gravitationsfält så kan man tala om ökad magnetisk lägesenergi när man drar isär två magneter och som återvinns när man för ihop dem igen. Man kan även omvandla elektrisk energi till magnetisk vilket man gör i den typ av komponent som kallas induktor ("spole"). Det krävs elektrisk energi för att få en ström att flyta genom en induktor, och den energin finns sedan lagrad som magnetisk energi i det magnetfält som alstras i den. Om man sedan kopplar bort strömkällan kan man omvandla den magnetiska energin till elektrisk igen, vilket man t.ex. gör i en bils tändsystem. Det finns ett samband som anger mängden energi i ett magnetfält vilket lyder: u=B^2/(2mu) där u är energitäthet med enheten J/m^3, B är magnetisk fältstyrka med enhet Tesla och mu en konstant som kallas magnetisk succeptibilitet.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Är det nån skillnad på luftens vikt vid t ex foten av Mount Everest och toppen?
Svar: Luftens täthet avtar kontinuerligt med höjden, så visst är det en skillnad. Jag vet inte riktigt vilken höjd "foten av Mount Everest" syftar på så jag jämför med havsnivån. Lufttrycket på toppen av Mount Everest är ungefär en tredjedel av det vid havsytan, vilket betyder att en viss volym kommer att väga 1/3 av samma mängd luft vid havsytan om temperaturen är densamma. Procenthalten syre är ungefär samma som vid havsytan, så mängden syre per andetag blir alltså också en tredjedel. Det här är precis på gränsen av vad som är möjligt för en människa att klara av, vilket gör bergsklättring på dessa höjder extremt farlig utan extra syrgas. Såväl fysisk som mental förmåga blir kraftigt nedsatt när den skulle behövas som bäst!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Varför blir vatten strålen som kommer ner för vattenkranen smalare ju längre ner den kommer tills den träffar ett föremål dvs diskbänkens botten?
Svar: Det beror på att vattenmolekylerna, liksom andra kroppar som får falla, accelererar med jordens tyngdacceleration, 9,8 m/s^2. Detta innebär alltså att vattenstrålen rör sig snabbare ju längre ner från kranen man är. Eftersom samma mängd vatten måste strömma genom varje tvärsnitt av strålen på en viss tid så måste diametern minska när hastigheten ökar, dvs när man kommer längre från kranen. Matematiskt kan det uttryckas som att vattenflödet som anges i kubikmeter per sekund är lika med hastigheten gånger tvärsnittsytan angiven i meter. Eftersom vattenflödet måste vara konstant och hastigheten ökar måste alltså tvärsnittsytan, och därmed radien, minska.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Hur fick forskarna på 1900-talet reda på hur en atom är uppbyggd och hur den ser ut, eftersom man inte även kan se en atom i ett mikroskop?
Svar: Som så ofta var det en lång och snirklig väg som ligger bakom dagens kunskaper om atomer. Tanken att materien består av små, odelbara enheter är gammal och fanns redan hos de gamla grekerna. Demokritos är känd som en tidig anhängare av denna ide, och ordet "atom" kommer från ett grekiskt ord som betyder "odelbar". Dessa idéer var dock rena filosofiska spekulationerna, och inte baserade på några kontrollerade observationer. Den moderna atomteorin började med att kemister i slutet på 1700 talet och framåt noterade att olika ämnen reagerade med varandra i speciella heltalsförhållanden, vilket gjorde det naturligt att anta att det fanns "grundämnen" som bestod av atomer. 1827 upptäckte man den Brownska rörelsen, dvs att små korn i vätska som kunde observeras i ett vanligt ljusmikroskop rörde sig på ett slumpmässigt sätt, som kunde tänkas bero på att små, osynliga kroppar hela tiden kolliderade med den större partikeln. 1869 visade Dmitri Mendeleev att grundämnena kunde ordnas på ett speciellt sätt, det periodiska systemet. Under 1900-talets början gjorde olika experiment där man bestrålade ämnen för att se hur strålarna avböjdes när de träffade ämnets beståndsdelar. Ett mycket känt sådant experiment är när Rutherford lät bestråla en tunn guldfolie med alfa-partiklar varvid de reflekterade partiklarnas riktningar visade att guldatomerna bestod av en liten kompakt, plus-laddad kärna som man antog omgavs av negativa elektroner, vilket är den korrekta bilden av en atom. Senar gjordes mätningar med röntgenstrålar som visade att atomerna i vissa fall satt periodisk ordnade i de ämnen som är kristallina. Den inre strukturen hos atomer lärde man sig mycket om genom att studera ljusvåglängderna hos det ljus som utsänds av heta ämnen i gasform (spektroskopi) eftersom elektronernas energier ger olika våglängder (s.k. linjer) i ett spektrum. För att förklara vad man såg krävdes en helt ny teori, kvantmekaniken, som utvecklades under 1900-talets tre första decennier och har fått en enorm betydelse för fysiken. Allt detta ledde till att atomteorin blev väl etablerad redan i början av 1900 talet, trots att man inte hade instrument där man kunde "se" enskilda atomer. Om man med ordet "se" menar att man använder vanligt ljus, så är det som du själv påpekar principiellt omöjligt att "se" atomer eftersom de är mycket mindre än ljusets våglängd. Idag kan man dock med relativt enkel utrustning detektera enskilda atomer, t.ex. med en typ av instrument som kallas Svep Tunnel Mikroskop samt med elektronmikroskop som använder en elektronstråle istället för vanligt ljus.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Vad menar man egentligen med flykthastighet, beror inte det på närliggande kroppars gravitation? Om bara Jorden hade funnits (alltså om inga andra föremål i hela universum hade existerat) hade väl en ivägskjuten kropp åkt tillbaka hit inom en ändlig tidsrymd eftersom den enda kraft som påverkar den är jordens gravitation?
Svar: Om du skjuter iväg en kula från en ensam himlakropp, t.ex. jorden så kan tre saker hända: Om begynnelsehastigheten är lägre än flykthastigheten (11,2 km/s om det handlar om jorden) kommer den tillbaka. Om begynnelsehastigheten är exakt lika med flykthastigheten så kommer den att till slut stanna "på oändligt avstånd", men ej komma tillbaka. Om begynnelsehastigheten är större än flykthastigheten kommer den att fortsätta för evigt med en viss, ändlig, sluthastighet. Att gravitationen alltid är attraktiv är alltså inget hinder för att det sista alternativet sker. Ett belysande sätt att betrakta en situation som denna är att använda ett energiresonemang. En kula på ett visst avstånd från himlakroppens centrum har en viss lägesenergi som beror på detta avstånd. Om den dessutom rör sig ha den en rörelseenergi. Lägesenergin måste alltid anges med avseende på en referenspunkt, som i detta fall normalt svarar mot att kulan är "oändligt avlägsen", dvs kulans lägesenergi är noll "i oändligheten" vilket innebär att den kommer att ha en negativ lägesenergi om den befinner sig på ett ändligt avstånd från centrum. Om kulans totalenergi när den skjuts iväg, dvs dess rörelseenergi plus dess (negativa) lägesenergi är större än noll kommer den att ha en ändlig sluthastighet, annars kommer den tillbaka (eller stannar "i oändligheten" om totalenergi är exakt lika med noll). Man kan se det som att det blir "energi över" när en viss del av rörelseenergin övergått till lägesenergi i det fallet att begynnelsehastigheten överskrider flykthastigheten.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Som jag förstår ligger koppars smältpunkt på 1085 C. Påverkas smältpunkten för koppar av ett undertryck?
Svar: För de flesta ämnen ökar smältpunkten något med trycket, men effekten är normalt försumbar. Om du tittar i tabeller så anges aldrig vid vilket tryck mätningen är gjord vilket tyder på små effekter. Du talar ju om undertryck, så då kan ju skillnaden från atomosfärstryck inte vara mer är 1 bar. Om du inte har extrema krav bör det alltså gå bra att använda det normala tabellvärdet. Ett intressant undantag till regeln att smältpunken ökar med trycket är vatten, där motsatsen gäller, vilket är skälet till att en skridskoskena har så låg friktion mot den underliggande isen. Det bildas en tunn film av flytande vatten på grund av det höga trycket vilket ger extremt låg friktion.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Vilket av ett mörkt eller ett ljust föremål svalnar fortast i skuggan efter att ha värmts i skolen?
Svar: Inom fysiken talar man ofta om en "ideal svart kropp" som absorberar all elektromagnetisk strålning som faller in mot den, och som sänder ut strålning enligt ett speciellt samband som visar att utstrålningen beror av temperaturen. Hur bra en verklig kropp kan beskrivas av denna idealisering beror på dess emissivitet som är 1 för en ideal svartkropp och annars lägre. Hög emissivitet innebär även att kroppens utstrålning är snabbare, dvs att den svalnar fortar, om den är varmare än omgivningen. Eftersom ett ljust föremål normalt har lägre emissivitet så bör det alltså svalna långsammare. Jag ser dock två effekter som skulle kunna påverka detta normalfall. En sådan är att man måste betrakta emissiviteten över hela våglängdsområdet, och inte enbart inom det synliga området med våglängd mellan ca 400 och 800 nm. Man skulle kunna tänka sig ett ljust föremål som har låg emissivitet inom det synliga området men som har hög emissivitet inom IR området, och därför ändå skulle kunna svalna relativt snabbt. Man skall också vara medveten om är att värmetransport även sker via det omgivande mediet (t.ex. luften) genom konvektion medan resonemanget ovan beskriver värmetransport genom strålning. I de flesta praktiska fall bör det dock gälla att ett mörkt föremål svalnar fortare.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Hur skapades elektronen?
Svar: Elektronen är en elementarpartikel som inte består av några mindre delar, och de flesta som finns idag skapades när universum skapades för 13,7 miljarder år sedan i det som kallas Big Bang. Det finns dock ett par andra sätt som elektroner kan bildas på. I en typ av radioaktiv process som kallas betasönderfall kan elektroner bildas. De kan också skapas tillsammans med sin antipartikel positronen från en foton ("ljuspartikel") som har tillräckligt hög energi i en process som kallas parbildning.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Hur fort måste en satellit röra sig för att hålla sig uppe? Är denna hastighet samma oavsett höjd?
Svar: En satellit går runt jorden i en elliptisk bana, som dock är mycket nära cirkulär, så siffrorna nedan ges för perfekt cirkelbanor. Ju högre upp den går, desto lägre är dess hastighet. För en satellit i låg omloppsbana, 160 km, är hastigheten 28112 km/tim, och den går ett varv på 1 tim 28 minuter. En geostationär satellit befinner sig på höjden 35880 km och har hastigheten 11052 km/tim och en period på exakt 24 timmar, så den tycks stå still ovanför en viss punkt på jorden, därav namnet. Det går dock åt mer energi för att skicka upp en satellit till högre omloppsbana, så om vi tittar på den hastighet som satelliten måste ha när den skjuts upp, så ökar den med satellitens höjd. För höjden 160 km krävs hastigheten 28810 km/tim medan den geostationära måste skjutas iväg med hastigheten 40253 km/tim. Den sistnämnda hastigheten närmar sig flykthatigheten från jorden, 40253 km/tim eller 11,2 km/s, vilken är den lägsta hastighet som en projektil måste ha för att för lämna jorden för gott och fortsätta ut i rymden.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: I många gamla rymdfilmer så gör man konstgjord gravitation genom centrifugalkraft. Fungerar detta i rymden och i så fall varför använder vi inte det?
Svar: Det skulle gå alldeles utmärkt, men skulle kräva en ganska stor rymdfarkost eftersom man måste ha ett system med stor radie som roterar kring sin tyngdpunkt för att det skulle bli njutbart att leva där. Om radien var för liten skulle "gravitationens" styrka variera över kroppen, eftersom den beror på hur långt från rotationscentrum man befinner sig. Vidare skulle man få väldigt påtagliga corioliskrafter (den typ av tröghetskrafter som beror på att man befinner sig i ett icke-inertialsystem, och som bl.a. ger vädersystemens rörelse på jorden). Enligt uppgifter i länken nedan skulle man behöva en rotationshastighet på 2 varv/min eller lägre för att undvika störande corioliskrafter vilket betyder en radie på 224 m om man vill uppleva samma tyngdkraft som här på jorden. Ett sätt att minska den massa man skulle behöva sända upp i omloppsbana skulle vara att förbinda två farkoster med en wire och låta det hela rotera. Problem med dockning etc. skulle förstås bli större än med en icke-roterande rymdstation. Skälet till att man inte gett sig på den här typen av konstruktioner är väl helt enkelt att människokroppen, märkligt nog, klarar av att vistas i tyngdlöshet över ganska långa perioder utan alltför stora problem. På engelska Wikipedia finns en detaljerad beskrivning av artificiell gravitation.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Går det att utnyttja energin i min vikt för att rulla cykeln fram när jag sätter mig på cykeln?
Svar: Viss skulle det gå, men det verkar inte speciellt praktiskt. För att utnyttja den lägesenergi som din massa har så måste du låta tyngdkraften verka över en viss sträcka på samma sätt som ett lod i en gammal klocka måste sjunka för att omvandla sin lägesenergi till nyttigt arbete i urverket. Du skulle alltså behöva ett arrangemang med kuggstänger och kugghjul anslutna till sadeln, och när du sätter dig på cykeln skulle du sjunka ner varvid cykeln skulle röra sig framåt. Om du väger 75 kg och kan sänka din tyngdpunkt 3 dm så omvandlar du 220 Ws av din lägesenergi till energi som skall ge cykeln rörelse. Det här är ingen stor energimängd, så efter inte allt för många meters färd måste du använda muskelkraften i dina ben för att på nytt höja din tyngdpunkt och börja processen på nytt. Det är nog enklare att trampa!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Hur kommer det sig att man blir kall om händerna när man får bensin på sig?
Svar: Du blir kall om händerna eftersom bensinen avdunstar, vilket innebär att molekyler övergår från vätskefas till gasfas. Molekylerna i vätskan har rörelseenergier som varierar, och medelvärdet av rörelseenergin är relaterat till vätskans temperatur. De molekyler som lämnar vätskefasen och övergår i gasfas är de som har högst rörelseenergi, varvid medelenergin för de molekyler som blir kvar i vätskan minskar, dvs vätskans temperatur sjunker. Kylning genom avdunstning förekommer ofta, ett exempel är när vi svettas.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Vad bestämmer mängden värmeenergi i ett föremål?
Svar: Hej Roger. Jag antar att du syftar på vilka mekanismer som bestämmer ett fast ämnes specifika värmekapacitet vilket är den storhet som anger hur mycket värmeenergi man måste tillföra per kg eller per mol för att höja temperaturen en grad. (Man skulle ju ev. kunna tolka frågan som att du syftar på den energi man får om man eldar upp ämnet ifråga, vilket är något annat).
Ökningen av ett föremåls värmeenergi (eller mera korrekt inre energi) beror alltså på temperaturökningen, dess massa och specifika värmekapaciteten. Du får alltså multiplicera temperaturökningen med massan och specifika värmekapaciteten uttryckt i J/(kG*K)för att bestämma den tillförda energin. (K står här för grader Kelvin, mätetalet blir samma som för grader Celcius om talet beskriver en förändring). Vad som händer när du värmer upp ämnet är att dess atomer kommer att vibrera kraftigare kring sina jämviktslägen, så den tillförda energin kommer att fördelas på både rörelseenergi och lägesenergi hos de svängande atomerna. För en-atomära fasta ämnen är specifika värmekapaciteten relativt lika (ungefär 25 J/(mol*K) om man mäter den per mol eftersom varje atom bidrar ungefär lika mycket, oberoende av atomens massa. Detta betyder att ett ämne med hög täthet tenderar att ha lägre värmekapacitet om den uttrycks i J/(kg*K)än ett med låg täthet, eftersom det finns fler atomer per kg i det sistnämnda. (Aluminium har värdet 910 J/(kg*K)medan bly har 130 J/(kg*K). Fysikaliskt förklarar man detta genom att varje atom är en oscillator som kan svänga i tre riktningar (tre frihetsgrader), och varje riktning bidrar med rörelseenergin (1/2)kT och lika mycket i lägesenergi(här är k Boltzmans konstant och T är absoluta temperaturen). För ämnen som är uppbyggda av molekyler kan vibrationerna bli mer komplicerade vilket kan ge högre värden på specifika värmekapaciteten uttryckt i J/(mol*K).
Det är också värt att notera att det krävs en temperaturskillnad för att utvinna nyttigt arbete från den inre energi som finns lagrad i en kropp. Det faktum att vi är omgivna av obegränsat med material som har en temperatur långt över absoluta nollpunkten betyder alltså inte att vi kan lösa våra energiproblem!
Ragnar Erlandson, professor i fysik
Fråga: Om man har ett radioaktivt preparat som väger 100g, väger det då detsamma efter t.ex. fyra halveringstider?
Svar: Det beror på vilken typ av sönderfall det gäller. Vid alfa-sönderfall utsänds en alfa-partikel vilken består av två protoner och två neutroner (dvs en heliumkärna). Eftersom nästan hela massan hos en atom ligger hos dess nukleoner så kommer detta att leda till en ganska stor viktminskning efter fyra halveringstider. Är det däremot ett beta-sönderfall så är det en elektron eller positron som sänds ut vilket leder till en väsentligt mindre massändring eftersom en elektron väger endast 1/1833 av en nukleon. För att beräkna massändringen måste du också veta vilket ämne du utgår ifrån, eftersom det påverkar antalet atomer som dina 100 g innehåller. Efter 4 halveringstider har 93,75 % av atomerna sönderfallit, så om du har ett alfa-sönderfall så har alltså varje sönderfallande atom gett en massminskning som motsvarar fyra nukleoner. De uppgifter du behöver för att slutföra beräkningen hittar du enkelt i ett tabellverk. I princip omvandlas även något av massan till energi enligt E=mc^2, men det minskningen är liten jämfört med alfa-partiklarnas massa.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Varför skapar en viss kemikalie en viss färg vid förbränning? Har det något att gör med att molekylen är i exciterat tillstånd?
Svar: Elektronerna i en atom kan endast ha vissa bestämda energier enligt kvantmekanikens lagar. Normalt befinner sig atomen i sitt grundtillstånd där de lägsta energinivåerna är fyllda. Värmer man ämnet kommer elektronerna att hamna i högre energinivåer, och det är detta som kallas excitation. När elektronerna sedan "ramlar ned" till lägre energitillstånd så sänds det ut ljus, vars frekvens är proportionell mot energiändringen. Olika frekvenser hos ljuset svarar mot olika våglängder, dvs olika färger. Eftersom varje atom har en unik uppsättning energinivåer så ger detta en möjlighet att analysera material. De metoder där man uppdelar den utsända strålningen i sina våglängdskomponenter kallas med ett gemensamt namn spektroskopier och hör till de viktigaste metoderna inom fysik och kemi.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Får man en stöt från ett vägguttag hemma om man svävar i luften och petar på fasen? Alltså om man är helt ojordad. Har försökt göra mig så ojordad som möjligt men ändå fått en stöt.
Jag hävdar och tror att det har med växelspänning att göra. Att polerna ändrar sig hela tiden. Och att strömmen hela tiden vill "komma vidare". Så oavsett om jag svävar och sedan petar på fasen så kommer jag känna stötar från ett vägguttag.
Eller är det bara vid första beröring som man känner en stöt? Om man tar tag i den så känner man inget sen.
Spela någon roll om fasledaren till uttaget är belastad med ström? Att det tex ligger fler uttag på samma säkring i vilka man kopplat tex en lampa.
Svar: Intressant frågeställning. Om du svävar i luften och är i kontakt med fasledaren kan man se det som att du utgör ena plattan i en plattkondensator där marken utgör andra plattan. En viss mängd laddning kommer att pulsera fram och åter i din kropp, men laddningsmängden är liten och strömmen likaså. Som en överslagsberäkning kan vi använda en plattkondensator med yta 1 m^2 och ett plattavstånd på 1 m vilket ger kapacitansen C=8,85x10^-12 F. Strömmen genom en sådan ges av I=V/Z där Z=1/wC (w står här för vinkelfrekvensen w=2*pi*f). Med V=220 V och f=50 Hz erhålls 0,6 mikroampere. Att du ändå har upplevt en stöt trots att du gjort dig "ojordad" beror nog på att din kapacitans till jord varit mycket högre än den som beräknats ovan. En observation jag gjort är att man ofta ser fåglar på kraftledningar i de distributionsnät som har lägre spänning, ca 10-20 kV, medan jag aldrig sett några på 400 kV ledningar! Att man kommer att uppleva obehagliga sensationer även om man svävar fritt i luften nära en ledare med flera hundra kV kan man förstå när man ser en video som visar hur en person, iklädd en ledande dräkt, kliver på en kraftledning från en helikopter, se videon på på YouTube.
Vid denna spänning kommer den pulserande laddningen att ge upphov till en gnistbildning över flera decimeter som linjearbetaren först låter ske mot en ledande stav där han kontinuerligt minskar avståndet till ledaren innan han ansluter sig med en kabel. Han har vidare en ledande dräkt som verkar som en faradays bur så att laddningen ligger på ytan och de elektriska fälten i kroppen blir låga. Om det skulle vara direkt farligt att kliva på ledaren utan denna dräkt kan jag inte svara på. Laddningsmängden är fortfarande liten, men de elektriska fälten är höga, så håret skulle stå på ända. Jag skulle inte vilja prova!Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: En icke-naturvetare frågar: I skuggan av fukushima och slutförvarsdebatten har jag nu lärt mig att materia bestrålad av neutroner "själv" blir radioaktiv. Nå min fråga är då..Jorden och atmosfären, som faktiskt "strålats" några år i rymden..varför är inte atmosfären själv radioaktiv? Och finns det precis som för människokroppen ngn gräns för hur länge/mycket atmosfären kan strålas innan den blir radioaktiv?
(Den här frågelådan är det roligaste jag haft på länge, superkul idé) Anna
Svar: Det stämmer att jorden hela tiden bestrålas utifrån rymden med det som kallas kosmisk strålning. Denna strålning utgörs av partiklar (mest protoner) som kan ha extremt hög energi, mycket högre än vad vi människor kan alstra i våra största acceleratorer. Dessa partiklar med hög energi kan omvandla stabila atomkärnor i atmosfären till radioaktiva. Det mest kända exemplet är hur vanliga kväveatomer, som utgör 78% av atmosfären, kan omvandlas till radioaktiva kol-14 atomer. Detta har arkeologerna stor nytta av, eftersom det gör det möjligt att åldersbestämma sådant material som en gång varit levande, t.ex. rester av djur och människor samt träföremål. Så länge man lever och andas har man en viss halt av radioaktivt kol i sig, men när man dör slutar tillförseln och kol-14 isotopen avklingar med en halveringstid på 5730 år. Du behöver dock inte vara orolig för att atmosfärens radioaktivitet skall öka hela tiden, eftersom de här atomerna sönderfaller till stabila isotoper. Det inställer sig en balans mellan skapandet av radioaktiva atomer och deras sönderfall som gör att atmosfären kommer att ha något högre radioaktivitet än om den kosmiska strålningen ej funnits, men aktiviteten kommer att hålla sig stabil och är helt försumbar ur hälsosynpunkt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Hur kommer det sig att grundämnen som järn har mycket stabila kärnor medan tritium är radioaktivt trots att det inte finns flera positiva partiklar i kärnan som kan repellera varandra? Helium är högst stabilt och naturligt förekommande men jag har aldrig hört talas om en väteisotop med tre neutroner trots att den har samma masstal som helium. Skulle en sådan atom vara mycket instabil eller helt omöjlig på "samma" sätt som en orbital mitt mellan två tillåtna energinivåer?
Svar: Att förklara en kärnas stabilitet utifrån en balans mellan elektrostatisk repulsion mellan protoner och attraktionen på grund av den attraktiva "starka kraften" mellan nukleonerna (dvs. protoner och neutroner) räcker en bit men förklarar inte allt. Det faktum att tunga kärnor behöver allt fler neutroner för att hålla ihop stämmer ju bra med denna enkla förklaring. Man kan ju dock ställa sig frågan varför det inte finns kärnor med bara neutroner, om nu dessa attraherar varandra med den starkaste kraft vi känner, och det då dessutom inte skulle finnas några protoner som repellerar varandra i kärnan! Skälet är att kärnan är ett mycket komplicerat kvantmekaniskt system där man har att göra med två typer av krafter, varav den ena dessutom är ofullständigt känd. Både neutroner och protoner tillhör den grupp av partiklar som kallas fermioner, vilket innebär att de måste lyda Paulis uteslutningsprincip vilket betyder att ju fler vi adderar desto högre energitillstånd måste besättas eftersom två pariklar inte får finnas i samma kvanttillstånd. Det handlar alltså om samma princip som ger upphov till energitillstånd och orbitaler för elektroner i en atom. Detta är skälet till att det finns en gräns för hur många nukleoner en kärna kan ha. Samma resonemang bör ligga bakom det faktum att en väteisotop med tre neutroner inte finns vilket ligger i linje med ditt resonemang om en orbital mitt mellan energinivåer.
Ett enkelt sätt att avgöra om en kärna kommer att sönderfalla eller ej är att betrakta massan hos vänster respektive högerledet i formeln som beskriver ett tänkt sönderfallet. Om vänsterledet (dvs. den ursprungliga kärnan) har högre massa än högerledet så kan en del av vänsterledets massa omvandlats till rörelseenergi hos sönderfallsprodukterna enligt Einsteins E=mc^2. Om vänsterledet däremot visar sig ha lägre massa än sönderfallsprodukterna så saknas energi som kan driva ett sönderfall. I fallet med tritium så är tritiumkärnan tyngre än summan av den Helium-3 kärna och den elektron som bildas vid beta sönderfallet, vilket alltså kommer att ske. Om man istället knappar in värdena för en heliumkärna och dess sönderfallsprodukter så ser man att sönderfallsprodukterna väger mer, vilket innebär att heliumkärnan är stabil.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Hur har Einstein påverkat samhället vi lever i idag?
Svar: Din fråga kan besvaras med både ja och nej. Eftersom Einsteins allmänna relativitetsteori är den bästa beskrivningen vi har för hur tid, rum, massa och energi beter sig ute i Universum, så är det den teori som hela vår kosmologiska världsuppfattning bygger på. På så sätt är den givetvis oerhört viktig. I vårt dagliga liv märker vi dock inte så mycket av Einsteins teorier om vi inte jobbar vid en partikelaccelerator liknande de som finns vid CERN, för där måste man hela tiden räkna med relativistiska effekter. Ett annat konkret exempel som brukar nämnas för att illustrera hur den allmänna relativitetsteorin påverkar vardagen är att dagens GPS-navigatorer är tvungna att ta hänsyn till relativistiska effekter när de beräknar vår position genom att mäta avståndet till satelliter. Det är också värt att notera att ett så vardagligt fenomen som magnetism faktiskt i grunden har relativistiskt ursprung, trots att man inte behöver blanda in relativitetsteori när man i praktiken räknar på tekniska system.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Jag undrar om man skulle kunna gräva ett hål till jordens mitt (om jorden bara bestod av jord) och gräva ett klot format rum där med diametern ca 3 meter. skulle jordens dragningskraft göra så att man skulle sväva i mitten då? Eller vad skulle hända?
Svar: Om jorden hade ett centralt placerat sfäriskt hål så skulle gravitationskraften inuti hålet vara noll, så om man befann sig där skulle man sväva som en astronaut i ett rymdskepp. Förutsättningen är att jorden har samma täthet överallt, utom i hålet, och att det inte finns några närliggande himlakroppar vars gravitation inverkar. Att det blir på det här sättet är en konsekvens av att gravitationskraften avtar med 1/(avståndet i kvadrat) och ett matematiskt samband inom vektoranalysen som kallas Gauss sats.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fråga: Vad är det som utgör en viss resistans för elektronerna i en resistor eller i en metall, är det själva atomerna som utgör själva motståndet för elektronerna?
Svar: En metall är ett kristallint ämne, vilket innebär att atomerna sitter ordnade i ett bestämt mönster. De lösast bundna elektronerna sitter inte fast vid sina atomer, utan kan röra sig fritt i kristallen, och det är dessa ledningselektroner som gör att en metall leder ström bra. Om allt var idealt och kristallstrukturen var helt perfekt och atomerna inte vibrerade skulle motståndet gå mot noll, vilket i praktiken faktiskt kan ske för vissa metaller när de kyls till en temperatur nära absoluta nollpunkten, vilket kallas supraledning. I normala fall är dock ett ämne ej helt perfekt. En metall består normalt inte av ett enda kristallstycke utan av små enkristaller med s.k. korngränser mellan sig. Vidare finns det föroreningar som gör att ordningen ej är helt perfekt samtidigt som temperaturen gör att atomerna vibrerar kring sina jämviktslägen. Man kan säga att elektronerna kolliderar med dessa störningar så att slutresultatet blir en slags friktion som gör att strömmen i en ledare når en maximal styrka trots att det elektriska fältet hela tiden påverkar elektronerna med en konstant kraft. Det är dessa fenomen som ger upphov till det vi kallar elektrisk resistans.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jonny, 55: Hej. Jag har en fråga ang. lågfärger. Vad är det som avgör om en jon har lågfärg? T.ex i NaCl varför har natrium gul lågfärg men klor inte har någon?
Svar: Färgerna som uppstår i en låga beror på att ljusvåglängder (dvs färger) svarar mot energiskillnader hos de elektroner som omger atomkärnorna i de gasformiga ämnena i lågan. I rumstemperatur befinner sig elektronerna i sina lägsta tillåtna energitillstånd, vilket kallas atomens grundtillstånd. När temperaturen höjs kommer de svagast bundna elektronerna att övergå till högre energitillstånd, men de kommer snart att "ramla tillbaks" varvid det utsänds strålning som svarar precis mot skillnaden i energi mellan det högre och det lägre tillståndet. Eftersom endast vissa energitillstånd är tillåtna enligt kvantmekanikens lagar, så kommer de typiska färgerna (s.k. spektrallinjer) som svarar mot övergångar att vara ett unikt "fingeravtryck" för atomen ifråga vilket används inom analystekniken. Just natrium har en övergång mellan två nivåer (från 3s till 3d på fysikers språk) som är särskilt stark eftersom energiskillnaden är väl avpassad till temperaturen i en låga och övergången också har hög sannolikhet enligt kvantmekanikens lagar vilket gör att den dominerar. Det är denna övergång, som egentligen består av två mycket närliggande våglängder, som ger den karaktäristiska gula färgen från natrium i en låga.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Arber, 25: Hej. Jag undrar om man är ute i rymden i ett rymdskepp med syre och tänder en tändsticka hur beter sig eldslågan då? Den kan väll inte se ut som den gör på jorden?
Svar: Det stämmer att lågan beter sig helt annorlunda än på jorden, eftersom man inte har någon gravitation (jag betraktar här förloppet efter att tändsatsen på stickan brunnit färdigt, så att man har en situation där syre måste tillföras utifrån). Om man har gravitation så kommer ju den heta gasen att expandera och bli lättare varvid den stiger uppåt och kall gas fyller på nedifrån. I avsaknad av gravitation borde man alltså få en låga som var sfärisk, och man borde också förvänta sig att lågan skulle bli mycket svagare, kanske till och med svår att upprätthålla, eftersom ny syrerik gas inte på samma sätt skulle fyllas på nedifrån. På NASAs webbplats från NASAvisar man hur ett ljus brinner både på jorden och när graviation saknas. Som du ser där så stämmer det bra att lågan blir sfärisk och svagare.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Simon, 15: Hur bildas materia?
Svar: Det i särklass vanligaste ämnet i universum är väte, och dessa väteatomer är desamma som bildades alldeles efter universums skapelse ur den våldsamma explosion som kallas Big Bang och som ägde rum för 13,7 miljarder år sedan. I den vanligaste formen av väte består atomkärnan av enbart en proton, och genom den typ av kärnreaktion som kallas fusion (betyder "sammanslagning") så kan dessa protoner bygga upp tyngre grundämnen. Små mängder av detta väte har på så sätt omvandlats i stjärnor och stjärnexplosioner, s.k. supernovor, till de grundämnen vi nu har i universum. De allra flesta atomer i din kropp har allstå skapats i slutskedet av numera slocknade stjärnors livscykel.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Anna, 19: Om man häller lite olja i en vattenpöl och beskådar spektaklet under en solig sommardag ser man att det blir vackra färgskiftningar i oljan. Hur kommer detta sig?
Svar: Fenomenet du beskriver kallas "Newtons ringar", och är ett interferensfenomen som uppstår när ljus reflekteras i två mycket närliggande ytor. Eftersom ljus är en elektromagnetisk våg som har "vågdalar" och "vågtoppar" på samma sätt som en vattenvåg, så kan två ljusvågor komma att förstärka eller utsläcka varandra beroende på om den ena vågens toppar sammanfaller med den andra vågens dalar (vilket ger utsläckning) eller den andra vågens toppar (vilket ger förstärkning). Om ljuset bara bestod av en våglängd och föll in vinkelrätt mot den oljetäckta ytan där oljeskiktet var precis en fjärdedels våglängd tjockt så skulle den stråle som reflekterats i gränsytan luft-olja ha gått en sträcka som är en halv våglängd kortare än den som reflekterats i gränsytan olja-vatten och passerat två gånger genom oljeskiktet. De två strålarna som reflekterats har då en halv våglängds gångskillnad vilket gör att vågdalar och vågtoppar ligger mot varandra så att man får utsläckning, vilket innebär att denna yta skulle se mörk ut medan en yta med ett skikt som var en halv våglängd tjockt skulle se ljus ut. I praktiken är det hela lite mer komplicerat eftersom solljuset består av flera våglängder (färger), och oljans brytningsindex även kommer in i beräkningen, men principen är densamma. Effekten blir att på en del ställen i skiktet så erhålls förstärkning av vissa våglängder (dvs. färger) medan andra delar kan ge förstärkning av andra våglängder vilket ger de karaktäristiska färgmönstren.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Christer. 63: Har en teoretisk fråga om gravitation:
Anta att man kunde borra ett hål av ca en gammal kanonkulas storlek rakt igenom jorden. Sedan släpper man ner den i hålet Hur skulle kulan bete sig??
1. skulle den stanna vid jordens medelpunkt? (dragningskraftens centrum)
2. skulle den göra en dämpad svängning?
3. skulle den falla rakt igenom jorden?
4. skulle den göra något annat?
Svar: Kulan skulle påverkas dels av jordens gravitation, men också av s.k. corioliskrafter som beror på att jorden inte är ett perfekt inertialsystem. Med inertialsystem menas ett koordinatsystem där newtons mekanik fungerar perfekt, och kännetecknas av att det inte accelererar, vilket bl.a. innebär att det ej får rotera vilket ger en form av acceleration. Att jorden inte är ett sådant system är alltså helt naturligt eftersom den både roterar kring sin axel, och även går i en bana runt solen. Om tunneln som kulan färdades genom hade större diameter än kulan skulle den slå i kanten efter ett tag på grund av corioliskrafterna.
Det finns dock några skäl som gör att det är rimligt att bortse från corioliskrafterna i ditt exempel: Dels är de riktade vinkelrätt mot hastighetsvektorns riktning, och kommer därför inte att göra något arbete på kulan. Om vi därför tänker oss att hålets väggar är perfekt "såpade" så att de styr kulan men inte ger någon friktion så kommer resultatet att bli samma som om corioliskrafterna ej fanns. Man kan också utforma ditt tankeexperiment så att hålet borras mellan nord- och sydpol vilket minimerar (men ej eliminerar) corioliskrafterna. Om vi gör dessa idealiseringar och tänker oss en perfekt sfärisk och homogen jord, och även antar att all annan friktion (t.ex. luftmotstånd) är noll, så kommer kulan att falla genom jorden, komma precis fram till ytan på andra sidan där den skulle vända och röra sig tillbaks till sin ursprungsposition, och sedan gå mellan dessa punkter för all framtid. Inför man friktion (vilket man i praktiken givetvis alltid har) skulle kulen ej orka fram till andra sidan och svängningsamplituden skulle avta vartefter, varvid kulan slutligen skulle stanna i jordens centrum.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Matilda, 27: Om jag endast har en atomkärna av ett radioaktivt ämne. När kommer den då att sönderfalla? Om jag har två kärnor så borde en av dem ha sönderfallit efter en halveringstid men vad händer om jag bara har en kärna?
Svar: Att på förhand veta när en enskild kärna sönderfaller är omöjligt. För varje kärna gäller att det är precis 50% sannolikhet att den sönderfallit innan en halveringstid förflutit, och det är det enda man vet. Vilken denna halveringstid är kan man alltså ej bestämma genom att undersöka en kärna, utan man erhåller den genom att mäta när hälften av ett stort antal kärnor sönderfallit. Har du ett stort antal så vet du att halva mängden har sönderfallit efter en halveringstid, men du kan aldrig förutsäga vilka individuella kärnor som kommer att omvandlas.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Michael, 23: Hej! Jag har en fråga som jag tänkt på ett tag jag har under mina fysiklektioner och från program från TV lärt mig att allt i universum strävar efter oordning och att de gör detta för att uppnå ett lägsta energitillstånd och nöjt mig med det, men på senare tid har jag undersökt och försökt hitta något svar på varför allt strävar efter just lägsta energitillstånd. Finns det något svar på varför det är så eller finns det bara bevis för ATT det är så.
Svar: Den grundläggande principen som avgör i vilken riktning fysikaliska förlopp utvecklas är den du nämner om ökad oordning, vilket med fysikaliskt språkbruk kallas ökande entropi, och som är innebörden av termodynamikens andra huvudsats. Att säga att energin minimeras kräver att man noga specificerar vad man menar, eftersom totalenergin alltid konserveras, och alltså förblir densamma (jag bortser här från den relativistiska effekten att energi kan omvandlas till materia). Man kan däremot säga att den potentiella energin (lägesenergin) minimeras i ett mekaniskt system med friktion. Ett bra exempel är att tänk sig en kula som släpps ned längs kanten i en skål med rundade kanter. I det ideala fallet där man inte har friktion så kommer kulan att rulla fram och tillbaks i evighet varvid energin kommer att pendla mellan rörelseenergi (max när den är i botten) och potentiell energi (max när den vänder vid ovankanten). Om man har friktion i systemet vet vi från erfarenhet att kulan till sist stannar i botten av skålen, alltså där den har minimal potentiell energi. Detta betyder dock inte att någon energi försvunnit, eftersom skålen värmts upp precis så mycket som svarar mot minskningen av potentiell energin. Eftersom värme är en oordnad form av energi så har entropin ökat, i enlighet med den grundläggande regeln som styr förlopps utveckling. Skälet till att naturen söker sig till tillstånd med hög entropi, alltså stor oordning, har att göra med statistik. Det finns alltid fler oordnade tillstånd är ordnade. Släpper du in 5 stycken 4-åringar i en perfekt ordnad barnkammare där alla legobyggsatser står hopsatta och uppradade i hyllorna kommer du att finna att den är stökigare efter en timme. Du kommer dock aldrig att uppleva motsatsen, att ett stökigt rum är perfekt ordnat efter ungarnas framfart. Skälet är helt enkelt att en barnkammare kan var rörig på fler sätt än perfekt ordnad, och det är i princip samma anledning till att fysikaliska system som består av massor av partiklar går mot högre entropi.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lars, 72: Hur stor del i den globala uppvärmningen har (förutom den orsakad av växthuseffekten) den värme som all mänsklig aktivitet orsakar? Förbränning av fossila bränslen, kärnkraftenergi, vindkraftsenergi osv. Vi har ju t.es snart förbrukat en stor del av jorden oljelager på bara 60 år. Mvh Lars
Svar: Hej Lars. En intressant fråga som jag själv har undrat över. Efter lite letande på nätet fann jag länken nedan där man gör en uppskattning av förhållandet mellan den uppvärmningseffekt som en viss mängd kol ger genom ökningen av koldioxid som ger växthuseffekt och den direkta effekten av att kolet förbränns. Detta förhållande anges till 100.000, vilket visar att den direkta effekten av den avgivna värmen är helt försumbar.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Sebastian, 20: Hej! Jag undrar varför stjärnorna inte lyser starkare på natten. Om jag har förstått det rätt slutar ju aldrig ljuset att röra sig framåt. Varför lyser då inte stjärnorna på oss med oförminskad styrka?
Svar: Ljusintensiteten från en ljuskälla, som t.ex. en stjärna, avtar med kvadraten på avståndet. Skälet till detta är att den konstanta effekt som stjärnan sänder ut sprids över en allt större sfär ju större avståndet blir. Det som bestämmer hur starkt stjärnan tycks lysa är den intensitet som betraktaren ser, vilket är effekt per ytenhet. Om antalet stjärnor är begränsat är det därför inget problem att förklara varför himlen inte är ljusare än den är. Om vi däremot tänker oss ett oändligt stort universum, så skulle varje linje ut från jorden förr eller senare träffa en stjärnas yta, och hela himlen skulle lysa med en intensitet som liknar det vi ser när vi tittat in mot solen. Detta kallas Olber¿s paradox. Hur stort universum verkligen är kan vi inte veta, men den del vi kan se, det observerbara universum, är begränsat eftersom vi inte kan se längre än 13,7 miljarder ljusår, vilket svarar mot universums ålder. Dessutom har ljuset från mycket avlägsna stjärnor ändrat sin våglängd, och därmed sin energi, vilket även brukar anföras som en förklaring till att vi ej upplever Olbert's paradox.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Gustav, 13: Hej! Vi gjorde ett försök med kapillärkraft där en en wetextrasa hängdes över kanten på en bägare med vatten. Med hjälp av kapillärkraften "klättrade" vattenmolekylerna upp i trasan och över kanten av sig själv. Så då tänkte jag att om man hade ett glasrör med tillräckligt liten diameter för att vattnet ska "klättra" med kapillärklart.
Rinner vattnet sedan ner i bägaren när det har kommit till toppen om den är öppen? Om det gör det håller det på så som en evighets maskin? Då borde man väl kunna utnyttja vattnets rörelse energi på vägen ner med t.ex. ett vattenhjul och generator.
Svar: Hej Gustav. Tanken att göra en perpetuum mobile ("evighetsmaskin")med hjälp av kapillärkraft har lockat många, men tyvärr, naturen sätter hinder också här. Skälet till att vattnet stiger i ett smalt glasrör är att den attraktiva kraften mellan vattenmolekylerna och glaset är starkare än mellan två vattenmolekyler. Skulle du borra ett hål en bit upp på röret för att få vattnet att rinna ut, så skulle vattnet av samma skäl häfta vid glaset och vägra att rinna ut. Nedan har du ett par länkar till några sidor på engelska som beskriver fenomenet mer i detalj.
http://www.madsci.org/posts/archives/feb98/887637827.Ch.r.html
http://www.lhup.edu/~DSIMANEK/museum/unwork.htm#capillary2
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Martin, 13: Varför dras små pappersbitar till varandra när de ligger i ett vattenglas?
Svar: Hej Martin. Den effekt du beskriver har fått namnet Cheerios-effekten, efter en typ av amerikanska frukostflingor som snabbt närmar sig varandra när de hamnar i mjölk. Effekten uppstår då vattenytan beter sig som en tunn hinna eftersom de yttersta vattenmolekylerna binder starkare till sina kompisar på sidorna eftersom de inte har några molekyler ovanför sig. Det är detta som gör att man kan lägga ett föremål som normalt sjunker, t.ex. ett häftstift, på en vattenyta om man gör det försiktigt. Vad som då händer är nu att ytan buktar ned lite under föremålet. Om du då har två föremål som kommer nära varandra så kommer vattenytan mellan dem att ligga lite lägre än ytan i de andra riktningar vilket gör att tyngdkraften får föremålen att glida nedåt i "utförsbacken" så att de kontaktar varandra. Det är alltså en kombination av tyngdkraft och det faktum att föremålen ändrar formen på vattenytan som ger det här festliga resultatet.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Amna, 23: Hej! Undrar över t.ex. beduiner i öknen som har luftiga kläder på sig som är antingen svarta eller vita. Svart drar till sig värme och den värmen bildar en luftcirkulation i dom här långa skjortorna dom har på sig. Är det bättra att ha på sig svarta luftiga kläder på sommaren t.ex. en svart luftig klänning än en vit. Har detta något med svartkroppsstrålning att göra?
Svar: Med "absolut svart kropp" menas i fysiken ett föremål som absorberar all elektromagnetisk strålning som ljus och värmestrålning, och som sänder ut strålning med en speciell våglängdssammansättning som enbart beror på kroppens temperatur, s.k. svartkroppsstrålning. Ett mörkt föremål liknar en idealiserad "svart kropp" bättre än ett ljust föremål, och kommer att bli varmare än det ljusare föremålet om det ligger i solen. Detta har ju ett direkt samband med din fråga om vilka kläder som är bäst i hetta, och pekar ju mot att vita kläder borde vara bättre. Jag har också sett argumentet att svarta kläder skulle ge bättre luftväxling, och därför vara bättre i hetta, men jag vet inte om det stämmer eller om det är vetenskapligt undersökt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Robin 16: Vi studerar elektricitet i skolan och nu är mysteriet i klassen: Hur uppstår elektricitet?
Svar: Elektricitet finns överallt i naturen, eftersom alla atomer är uppbyggda av en positiv kärna med negativa elektroner runtomkring. För de allra mesta märker vi inte mycket av detta, eftersom det finns exakt lika mycket plus-laddning som minus-laddning i det som omger oss. Om man lyckas störa den här balansen det allra lilla minsta så börjar det dock hända saker. I ett åskväder sker just detta, och det är när laddningarna vill tillbaka till sina ursprungliga platser som man får blixturladdningarna. Samma sak händer om man gnider baken mot en stol och blir uppladdad så att det gnistrar till när man tar i ett metallföremål. Sedan drygt hundra år har vi människor lärt oss de lagarna som styr hur elektriska laddningar beter sig, vilket är vad vi utnyttjar i all den teknik vi har kring oss från vägbelysning till datorer. Ett viktigt fenomen som utnyttjas mycket i elteknik är det som kallas induktion, och som innebär att ett varierande magnetfält sätter fart på elektronerna i en elektrisk ledare, vilket kan användas för att sända över såväl energi som information från ett ställe till ett annat.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Björn, 25: Hej. Jag håller på och tar lastbilskörkort. I teorin ingår ett kapitel om lastsäkring, där följande sak påstås: Jag har två lastpallar där den ena väger 1 ton och den andra 5 ton. Vid kraftig inbromsning påstår teoriboken att båda pallarna kommer att glida framåt samtidigt, på grund av friktionen.
För mig låter detta felaktigt, då friktionen är beroende av normalkraften. Pallen som väger 5 ton har en större normalkraft än den på 1 ton. Om vi antar att pallarna är gjorda av samma material borde därför den tyngre pallen ha en större friktion gentemot flaket, än den lättare pallen.
Så frågan är vad det är som jag har missförstått? För inte kan det väl vara så att teoriboken har fel?
Svar: Om vi betraktar situationen utifrån lastbilen så vill pallarna fortsätta framåt när bilen bromsar. Denna rörelse motverkas av friktionskrafterna, som är (ungefär) proportionella mot pallarnas massor, dvs. hur mycket de väger. Pallarna bromsas alltså av friktionskrafterna, vilket innebär en negativ acceleration, och enligt Newtons andra lag är accelerationen omvänt proportionell mot massan. Den tunga pallen utsätts alltså för 5 ggr större friktionskraft, men eftersom den väger just 5 ggr mer blir accelerationen (i detta fall inbromsningen) precis likadan som för den lättare pallen. Det är av samma skäl som en tung bil har ungefär samma bromssträcka som en lätt vilket är tur med alla långtradare på vägen! Din teoribok har alltså rätt. En sak att notera i detta sammanhang är dock att "lagen" som säger att friktionskraften är proportionell mot normalkraften inte är någon fundamental fysikalisk lag, utan ett empiriskt samband, dvs. baserat på erfarenhet.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Peter, 45: Hej
Jag undrar vilken betydelse har våglängden i en elektromagnetisk våg för betydelse när det gäller dess förmåga att färdas genom luften.
Svar: Hej Peter. Atmosfären är ogenomskinlig för en stor del av det elektromagnetiska spektrat, vilket framgår av figuren nedan. Vi är givetvis anpassade så att synligt ljus ligger i ett "öppet område", som dessutom nära sammanfaller med den våglängd där solen har sin maximala intensitet. Förutom detta "fönster" så finns det ett i radio-området. Skall man göra astronomi från jordytan är man alltså ganska begränsad. Att man nu har möjlighet att placera sina observatorier i omloppsbana utanför atmosfären har visat sig oerhört betydelsefullt för astronomin och vår förståelse av universum.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Matilda, 26: Varför faller inte luften till marken? det ska ha något med elektricitet att göra enligt Fysik B-boken Ergo.
Svar: Hej Matilda. Luften faller till marken, men det finns en motverkande effekt som beror på att luftmolekylerna hela tiden rör sig och kolliderar med varandra och de väggar de stöter på. Vilken medelhastighet molekylerna har beror av temperaturen. Tänk dig ett lodrätt rör upp i atmosfären med en tunn skiljevägg på en viss höjd. När jämvikt råder kommer kraften från luftens tryck nedifrån, vilken beror på att molekylerna kolliderar med väggen, att vara precis lika stor som tyngdkraften som verkar på luften i röret ovanför skiljeväggen. Desto högre upp du placerar skiljeväggen, desto lägre lufttryck krävs eftersom du då har mindre mängd luft ovanför. Att lufttrycket minskar med höjden är alltså en direkt konsekvens av tyngdkraften, dvs. att luftmolekylerna "faller mot marken". Det krävs alltså inget resonemang som innefattar elektricitet för att förklara detta. Om man studerar molekylernas kollisioner med varandra och med väggarna i detalj så kan man dock säga att krafterna är elektriska till sin natur. Kanske är det detta man syftar på i din fysikbok.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Amelie, 15: Finns det ljud som ingen kan höra?
Svar: Om man med ljud menar periodiska tryckvariationer som sprider sig som vågor i luften så kan våra öron (åtminstone hos en yngre individ som du) uppfatta dessa vågor om de har en frekvens som ligger mellan 20 och 20.000 svängningar per sekund. Ligger frekvensen högre kallas det ultraljud, och är den lägre kallas det infraljud. Djur kan ofta uppfatta högre frekvenser än människor, vilket man utnyttjar i hundvisselpipor som ger ett ljud som hunden väl uppfattar men som inte hörs av oss.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Christer, 44: Hej! Om 2 personer som väger 70 kg åker Vasaloppet och det för den ene tar 8 timmar, medan den andre åker på 4 timmar - har båda ändå använt lika mycket energi för att ta sig till målet? Det är ju samma bansträckning och för två lika tunga personer åtgår väl samma mängd energi för att utföra samma arbete - eller?
Svar: Hej Christer. Om man renodlar situationen till ett mekaniskt problem och antar att banan är horisontell så består det vår skidåkares färd av två faser: 1. En accelerationsfas vilken kräver en viss energi för att nå en viss hastighet även utan friktionsförluster. 2. En fas med konstant hastighet där all energi går åt till täcka friktionsförluster. I det ideala (och helt orealistiska!) fallet att friktionen är försumbar så kommer energiåtgången att vara proportionell mot 1/t^2 om man gör approximationen att fas 1 är försumbar i tid jämfört med fas 2. Halverad tid kommer att kräva 4 ggr så mycket energi, vilket är rimligt eftersom farten måste fördubblas och en kropps rörelseenergi ökar med kvadraten på hastigheten. I detta ideala fall har ingen energi "gått till spillo" eftersom all energi finns kvar som rörelseenergi hos skidåkaren när han passerar mållinjen.
I det verkliga fallet är det dock friktionsförlusterna som helt dominerar, så frågan blir då hur dessa varierar med hastigheten. Om friktionskraften som måste övervinnas skulle vara konstant och ej bero av hastigheten skulle tiden inte spela någon större roll eftersom energin som krävs ges av produkten mellan kraft och sträcka. Detta är inte heller realistiskt eftersom friktionskraften ökar med hastigheten. (en bil har högre bränsleförbrukning vid 120 km/tim än vid 90 av detta skäl). Om vi för enkelheten skull antar att kraften som krävs för att övervinna friktionen är proportionell mot hastigheten så blir energin som går åt proportionell mot 1/t, dvs en halvering av tiden dubblar energiåtgången. I fallet med en mänsklig prestation kommer det även att spela roll hur effektivt kemisk energi omvandlas till rörelseenergi vid olika belastningar. Exakt vilket hastighetsberoende friktionskrafterna har är omöjligt att säga, men det kommer utan tvekan att gå åt väsentligt mer energi om man skidar snabbt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Per-Olof, 64: Varför har vi just 230V på våra eluttag, varför inte högre eller lägre??
Svar: Om det endast gällde att minimera förlusterna på grund av motstånd i ledningarna så skall spänningen vara så hög som det är praktiskt möjligt, eftersom förlusteffekten är proportionell mot strömmen i kvadrat, Pf=RI^2, medan den överförda effekten P varierar med spänningen enligt P=IV. Motståndet i ledningarna begränsar alltså hur mycket ström man kan driva genom dem eftersom de ej får bli för heta, men för denna maximala ström (och därmed givna förlusteffekt) kan den överförda effekten alltså ökas genom att öka spänningen. Detta är skälet till att långväga transport av el alltid sker med högspänning, normalt 400 kV i vårt land. Höga spänningar kräver dock omfattande isolering av ledarna och innebär säkerhetsrisker, så den spänning vi har i våra hem blir alltså en kompromiss mellan effektiv överföring och dessa praktiska överväganden. I Europa har man hamnat på 230 V, vilket anger det man kallar rms-värdet mellan fasledare och nolla, vilket är spänningen mellan hålen i våra vägguttag. I USA har man däremot hamnat på 110 V, vilket då kräver grövre dimensioner på ledarna som måste ha lägre motstånd då strömmarna blir högre för motsvarande effekter. Varför det blivit just 110 och 230 V och inte jämnt 100 eller 200 kan man ju fråga sig. Jag har sett en förklaring som går ut på att Edison utgick från glödlampor som använde 100 V likström, vilket med de förlustfaktorer som användes kom att motsvara 110 V växelström. Om detta verkligen stämmer vet jag ej, men det låter ej helt otrolig.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Melker, 31:Hej! Hur stor skillnad är det på kyleffekt vid olika köldgrader relativt till luftfuktighet och vind. Jag har sett köldfaktorskala där det visas upplevd temperatur vid olika vindhastigheter, men ingen skala där hänsyn till luftfuktighet tas. Kan ni berätta mer om detta?
Svar: Hej Melker. Det fysikaliska skälet till att vindens starkt påverkar den upplevda temperaturen är att värmetransporten från kroppen är avgörande för nedkylningen. Utan vind kommer ett luftlager alldeles intill klädernas yta att vara varmare än omgivande luft medan en luftström kommer att medföra att ytan hela tiden håller luftens låga temperatur. Luftfuktigheten har ingen större inverkan vid riktigt låga temperaturer, eftersom kall luft alltid är förhållandevis torr. Den ofta angivna relativa luftfuktigheten är ju angiven i % av vattenmängden vid mättnad, som ju minskar vid låg temperatur. Även om relativa luftfuktigheten anges med samma siffra är alltså mängden vatten mycket lägre för kallare luft. Runt nollan spelar dock luftfuktigheten ganska stor roll, och vi upplever det som "rått" om det är fuktigt. De tabeller och formler som finns för att räkna ut "effektiv temperartur" utifrån vindhastighet och verklig temperatur är ingen absolut vetenskap, men bör ge en god indikation av vilken nedkylning man kan förvänta sig.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Erik, 18: Hej! Jag och min kompis håller på med ett projekt om glödlampor och vi undrade vad man menar med att en glödlampas livslängd förlängs om man använder sig av en ädelgas inuti glaskolven i stället för endast vakuum, vad beror detta på? Hade underlättat mycket o vi kunde få svar på detta!
Svar: Hej Erik. I en glödlampa med vakuum eller någon icke-reaktiv gas som argon, så kommer wolframglödtråden sakta att förångas varvid metallgasen överförs till insidan av glaset där det skapar en mörk beläggning som ofta syns tydligt på en gammal glödlampa. Genom att tillsätta en halogen, t.ex. jod, till gasen erhålls några kemiska reaktioner som kallas "halogen-cykel" vilket innebär att halogenen reagerar med det wolfram som hamnat på glaset och bildar en gasformig förening (en halid) som sönderdelas vid den heta glödtråden och på så sätt transporterar tillbaka wolfram till glödtråden och håller glaset rent. För att det skall fungera måste glaset vara hetare än i en vanlig glödlampa så lampkolven måste tillverkas av annat material, t.ex. kvarts. Temperaturen på glödtråden är även högre än i en vanlig glödlampa, vilket gör att lampans verkningsgrad blir bättre, d.v.s. man får ut mer av tillförd energi som ljus. Den högre temperaturen gör dessutom att man får en del ultraviolett ljus, som dock kan tas bort genom tillsatser i lampglaset.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Marie, 48 år (i dag): Varför fryser t.ex. en flaska Corona öl först när den kommer ut i rumstemperatur och blir knackad i bordet efter att ha legat i frysen cirka 3 timmar?
Svar: Hej Marie, och ett lite sent grattis på födelsedagen! Jag har tittat på diverse festliga videosnuttar på nätet som visar den här effekten, och läst diverse mer eller mindre trovärdiga förklaringar. Såvitt jag förstår måste effekten bero på att ölet är underkylt när det tas ur frysen, d.v.s. dess temperatur ligger under den normala fryspunkten. När flaskan slås mot något hårt alstras mängder med små bubblor av koldioxid som tjänar som s.k. nukleationskärnor som gör att vätskan fryser. Dessa nukleationskärnor utgör små imperfektioner i den annars homogena vätskan, vilket krävs för att fasövergången från vätska till is skall komma igång. Jag har svårt att se att de förklaringar som beskriver effekten som ett resultat av tryckförändringar kan stämma. Ett motsvarande fenomen kan uppstå om man värmer en vätska i en mikrovågsugn vilket kan leda till att temperaturen i det fallet blir högre än kokpunkten. När sedan systemet störs genom att t.ex. sätta ned en sked kan den överhettade vätskan koka vilket kan ske dramatiskt. Detta skedde för en bekant till mig, vilket skickade upp kokhett kaffe ända upp i taket, så denna effekt kan vara farlig!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Klara, 17: Hej,
Jag undrar hur ljusabsorption fungerar?
Jag vet att de används i laboratorier för att mäta på halten av olika ämnen, men är nyfiken på hur det egentligen fungerar.
Svar: Ljusabsorptionsmätningar används ofta för att fastställa koncentrationen av ett ämne i en lösning med hjälp av ett samband som kallas Lambert-Beers lag, och som säger att A=eps*l*c där A är absorbansen, eps är ämnets "molära extinktionskoefficient, l är den längd som ljuset gått genom lösningen och c är den molära koncentrationen. Absorbansen A definieras av A=-log(I/I0) där I0 är den ursprunglig ljusintensitet och I är intensiteten efter passagen genom lösningen. Eftersom man känner eps och l så räcker det alltså att mäta hur mycket ljusintensiteten minskar för att bestämma koncentrationen. Ett antal förutsättningar måste dock vara uppfyllda för att metoden skall fungera, eftersom en hel rad komplicerade fysikaliska fenomen kan uppstå när ljus växelverkar med ett ämne. Du kan läsa mer om detta på länken http://sv.wikipedia.org/wiki/Beers_lag
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Anna, 49. Hej! Det slog mig plötsligt att jag inte har en aning om hur det är med ljud i rymden. Om vi tar oss ut i universum, är där då ett sammelsurium av olika knäppande, knakande, fräsande, smällande etc eller är där tyst? Och om en person skulle stå på ex.vis månen och ropa (vi får låtsas att den kan stå där utan rymddräkt), hur skulle ljudet då uppföra sig jämfört med här på jorden?
Svar: Eftersom det som vi uppfattar som ljud är tryckvariationer i luften som sätter våra trumhinnor i rörelse så skulle man inte kunna uppfatta ljud på normalt sätt om man befann sig i ett lufttomt rum. (Detta skulle dock inte vara det värsta problemet, eftersom kroppsvätskorna skulle börja koka så att man gick en plågsam död tillmötes på några få minuter). Ljudvågor kräver alltså något medium att fortplanta sig i, vilket kan vara både en gas, en vätska eller ett fast ämne och våra öron är speciellt anpassade för att uppfatta ljudvågor i en gas. Ljud kan alltså inte fortplanta sig i rymden mellan himlakroppar eftersom det är vakuum där, och samma sak gäller om man befinner sig på ytan av en mindre himlakropp (t.ex. månen) eftersom en sådan inte har någon atmosfär. På paneter som har atmosfär finns det dock ljud, men det betyder ju inte att en människa kan vistas där och lyssna! Om du skulle ta med dig en radiomottagare i rymden skulle det dock bli intressantare, eftersom den skulle kunna ta emot ett sammelsurium av olika signaler som utan problem kan fortplanta sig över enorma avstånd, och som alstras av många av de sorters objekt som finns där ute.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Henrik, 26: Hej Ragnar! Om man gnider en ebonitstav och ett kattskinn mot varandra så blir ebonitstaven laddad (och även kattskinnet). Mha ett elektroskop kan man påvisa laddning men hur vet man vilken laddning ebonitstaven får? Eller rättare sagt: Hur tog man reda på det första gången då man inte hade tillgång till några tabeller över olika materials benägenhet att släppa ifrån sig elektroner. Finns det något smart experiment?
Svar: Hej Henrik. När de tidiga experimenten med elektrisk laddning gjordes, t.ex. när Coulomb 1777 lyckades bestämma sambandet som anger kraften mellan två laddningar (F= konstant*q1*q2/r^2) hade man ingen klar bild av vad laddningens egentliga ursprung var. När Coulomb gjorde sina experiment kunde han lätt erhålla multipler av en laddning genom att låta en laddad metallkula komma i kontakt med en likadan oladdad, varvid laddningen delade sig lika mellan dessa. Sedan använde han sig av en s.k. torsionsvåg för att bestämma hur kraften varierade med avståndet. De elektrostatiska effekterna ger sig tillkänna genom just krafter, och sådan kunde man alltså mäta. Vi vet ju nu att - laddningen bärs av elektroner medan atomkärnornas protoner bär + laddningen, men för den tidens fysiker var laddning ett mystiskt "fluidum" vars beteende man med stor möda och stor experimentell skicklighet på detta sätt lyckades kartlägga. Just genom att gnida ebonitstavar och andra material kom man alltså fram till att det fanns två sorters laddning genom att studera hur laddade kroppar attraherade respektive repellerade varandra, vilka man då godtyckligt kallade "+" respektive " -". Dessa beteckningar lever kvar idag, fast man kan tycka att det vore naturligare att kalla elektronerna för positiva eftersom vi nu vet att det är de som normalt rör sig i ledare. Det vore också naturligare att strömriktningen överensstämde med elektronernas rörelseriktning, men här, som i många andra fall, finns det historiska skäl bakom dagens konventioner.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
John, 28: Om man har en kammare på 10meters djup. i den så finns en "dörr" utformad som en kolv som kan pressas ut, kolven har en yta på 1m2. Min fråga är hur stor kraft behövs för att öppna dörren?( antag att man har ett rör till ytan som tryckutjämnar) eftersom jag inte är nån hejare på fysik så skulle jag vilja veta hur många kilos tryck det skulle krävas på insidan av dörren för att pressa ut den.
Svar: På 10 m djup svarar trycket (över atmosfärstryck) mot en vattenpelare som är 10 m hög. En pelare med en tvärsnittsyta av 1 cm^2 som är 10 m hög väger ca 1 kg, så du har alltså ett övertryck på 1 kp/cm^2 vilket är ungefär en atmosfärs övertryck. Din dörr är 10.000 cm^2 stor så nettotrycket utifrån blir alltså 10.000 kp, vilket motsvarar tyngden av 10 ton här på jorden.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Christofer, 36: Jag fick en fråga av en elev som jag blev osäker på. Du studsar en basketboll på jorden med en viss kraft som gör att den studsar upp två meter. Hur högt kommer den då att studsa på månen om du studsar med samma kraft? Vi resonerade oss fram till att det skulle kunna bli tolv m då månens tyngdkraft är en sjättedel av jordens. Kan detta stämma?
Svar: Det stämmer att tyngdaccelerationen på månen är ungefär 1/6 av den på jorden, vilket innebär att om bollen lämnar månytan med samma hastighet som på jorden så kommer den 6 gånger så högt innan den vänder. Ett sätt att räkna ut detta är med hjälp av energiprincipen: Om man sätter dess lägesenergi till noll vid marken så är dess totala energi helt och hållet kinetisk (dvs. rörelseenergi) när den startar, medan den är enbart potentiell (dvs. lägesenergi) när den vänder. Eftersom den potentiella energin ges av uttrycket m*g*h där m är massan, g tyngdaccelerationen och h höjden så ser man h måste öka 6 ggr för att energin skall bevaras om g minskar till 1/6 av värdet på jorden. Luftmotståndet på jorden skulle även ha en viss effekt, vilket inte är medtaget i resonemanget ovan.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Daniel, 38: Hej! Vi antar att luftens tryck är 1000 hPa. Luftens tryck är också lika stort i alla riktningar på en viss höjd. Om man tänker sig en arm som sträcks ut så borde kraften som pressar på armen vara betydande. Om det t.ex. är 1000 N som pressar från alla håll på armen så borde man uppleva det som riktigt smärtsamt. Varför upplever vi det inte så?
Svar: Atmosfärstrycket vid jordytan motsvarar ju en kraft av ca 1 kilopond per kvadratcentimeter, så den totala kraften blir ju som du antyder ansenlig på våra vardagsföremål. Fasta ämnen och vätskor har normalt låg kompressibilitet, dvs deras volym ändras inte mycket trots att trycket är högt. Med gaser förhåller det sig annorlunda, men det ställer normalt inte till några problem för oss eftersom gaserna i alla våra kroppshåligheter har samma tryck som den omgivande atmosfären. Trycket i vårt inre är alltså i balans med det yttre trycket. Eftersom vi är varelser som utvecklats på jordytan är det ju inte så konstigt att vi är anpassade för att trivas just här! Vi tål också ganska stora tryckförändringar som kan uppstå vid dykning eller om man förflyttar sig till hög höjd. Det är dock viktigt att inte tryckländringarna sker för hastigt, för då kan farliga saker inträffa. Ett typiskt exempel är dykarsjuka som beror på att mera kväve kan lösa sig i blodet vid det högre trycket som uppstår under dykning. Går man upp för hastigt övergår en del av det lösta kvävet i gasform och alstrar bubblor i blodomloppet som kan vara livsfarliga.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Adam, 11: Varför finns det blodkärl i ögat? Varför blir bilden spegelvänd i ögat?
Tacksam för svar hälsningar Adam
Svar: Hej Adam. All levande vävnad i kroppen behöver ju tillförsel av energi och bortforsling av restprodukter vilket sker med blodet, och där är ögat inget undantag. Optiskt fungerar ögat som en kamera som består av en positiv (dvs. sammanbrytande) lins och en ljuskänslig yta på lagom avstånd från linsen. Om du tar ett förstoringsglas och håller det framför ett vitt papper på lagom avstånd kan du se hur du får en upp-och-nedvänd bild på papperet av t.ex. en lampa framför linsen. Precis på samma sätt fungerar både en kamera och ett öga. I kameran sitter det en film eller en ljuskänslig detektor som fångar upp bilden, medan ögats baksida är klädd med den s.k. näthinnan som består av ljuskänsliga sinnesceller. Vilken orientering bilden har på ögats näthinna spelar ingen roll för hur vi upplever vår värld, eftersom hjärnan gör alla nödvändiga korrigeringar för att vi skall uppfatta vår omvärld som rättvänd.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Anna, 48: 1) Om vi jordlingar nu svischar fram genom rymden i en hastighet av ca 220 km/s runt vintergatans centrum (och hela galaxen dessutom rör sig nästan dubbelt så fort), vad kommer det sig då att det inte alltid är en viss fartvind runt oss? Är det atmosfären som utgör ett så ogenomträngligt skydd?
2) Skulle man, teoretiskt sett, kunna bli av med farligt avfall här på jorden genom att skicka ut det i rymden i någon kapsel som antingen kunde fås att avvika på ett sätt att den aldrig kunde dimpa ner på jorden igen, eller explodera utan att partiklar av det farliga innehållet skulle regna ner över oss?
Svar: Hej Anna. Någon fartvind upplever vi inte, eftersom atmosfären följer med jorden, och alltså står stilla i förhållande till oss, sånär som på den lokala rörelsen som utgör den vanliga vinden. Rätlinjig hastighet är något som man enligt mekanikens lagar inte kan uppfatta annat än genom att betrakta något annat föremål som man rör sig relativt. Sitter du i en välisolerad vagn utan fönster är det omöjligt att avgöra om den rör sig eller ej så länge den går rakt fram. Skulle vagnen svänga upplever man dock effekter eftersom den då accelererar. Situationen är densamma när man åker med en himlakropp: dess rätlinjiga rörelse kan man inte känna. Genom känsliga experiment kan man dock visa att jorden roterar runt sin axel, men effekterna är för små för att märkas till vardags.
Du undrar också om man skulle kunna bli av med farligt avfall, jag antar att du tänker på utbränt kärnbränsle, genom att skicka ut det i rymden. I princip vore det en bra lösning att lasta det på en raket och skicka iväg det in i solen där det skulle förångas och garanterat inte göra någon skada. Kruxet är dock att raketer inte är 100% säkra, och ingen vill väl ha störtande atomsopor över sig, så det är nog tryggare att gräva ned det i urberget.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Martin, 32:Vad skulle hända med exempelvis ett äpple eller en chokladbit om man placera dom på månens yta. Skulle dom koka på dagen så dom blir torra bitar eller skulle dom klara sig.
Svar: Månens yta kännetecknas av att där är praktiskt taget perfekt vakuum och kraftiga temperaturvariationer mellan natt och dag. Att man har vakuum betyder att alla ämnen som är i vätskefas vid temperaturen ifråga omedelbart skulle skulle koka bort. På dagen, när temperaturen hos ytan är över 100 grader Celsius skulle alltså det mesta av både din choklad och ditt äpple försvinna, och kvar skulle väl bli lite torrsubstans. På natten däremot är temperature -150 grader eller lägre varvid vattnet är hårt fruset och borde klara sig bra tills dess att solen går upp. Man har ju letat ivrigt efter spår av vatten på månen, men förväntar sig enbart att det skulle kunna finnas som is i raviner soch sprickor som aldrig solbelyses.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Patrik, 20: Hej. Om jag har en lampa på ett visst avstånd från en skärm och sedan har ett objekt mitt emellan dessa så kan jag inte urskilja ur skuggan vad det är för objekt eftersom att skuggan oftast är väldigt diffus. Men för jag objektet närmare skärmen så blir skuggan skarpare och håller jag föremålet bara några cm från skärmen så kan jag se en väldigt detaljerad bild över föremålet i form av skuggan.
Vad kan detta bero på?
Svar: Som du beskriver situationen så beror den "suddighet" du observerar på att din lampa inte är punktformig. Om du ritar upp situationen på ett papper där du markerar lampans lysande yta med ett streck av en viss längd tillsammans med det skuggande föremålet och en skärm, så kan du dra linjer från lampan till skärmen. När du drar två räta linjer från lampans båda sidor förbi objektets ena kant, så ser du att de träffar skärmen i två punkter. Mellan dessa punkter får du då en "sudding" bild av ditt objekt, eftersom ljusintensiteten här avtar gradvis. Du ser också att detta område minskar om du lägger objektet närmare skärmen, eller gör lampans storlek mindre.
Då kan man ställa sig frågan om man får en perfekt avgränsad skugga om lampan är perfekt punktformig, vilket resonemanget ovan verkar leda till. Faktum är att man inte får det, om man undersöker situationen tillräckligt noggrant, vilket har att göra med att ljuset är en vågrörelse. Denna effekt kallas diffraktion, men bör inte spela någon större roll i ditt fall.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Martin, 32: Varför byggde man in Large Hadron Collider (LHC) i en tunnel under marken? Fungerar den bättre i berget än på marknivå? Misstänker att den behöver skyddas från någon strålning eller något liknande.
Svar: Hej Martin. Jag ser främst tre skäl varför man ofta förlägger stora partikelacceleratorer till tunnlar. Dels miljöskäl, eftersom en byggnad ovan jord som är 27 km lång säkert skulle dra på sig grannarnas missnöje. Dels strålningsproblematiken som du nämner, och den gäller åt båda hållen. En accelerator kan ge upphov till en hel del strålning, speciellt när den stängs av, och strålen måste "dumpas" i något fast material, och man vill givetvis skydda omgivningen från detta. Experimenten i sig är ju också känsliga för störningar så genom att förlägga dem under jord så blir inverkan av kosmisk strålning något mindre. När det gäller just LHC så hade man dessutom redan tunneln klar, eftersom den byggts tidigare för att huser acceleratorn LEP.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Amanda, 16: Hej!
Jag har några frågor om diamanter till ett no projekt.
1. Hur är diamanten uppbyggd? Hur ser dens atombindningar ut i jämförelse med t.ex. grafit?
2. Finns det några kemiskt framställd ämnen som är hårdare än diamnten? I såna fall vad är de för ämnen?
3. Vad är det som gör att diamanter får olika färger?
Svar: Både diamant och grafit är ju uppbyggt av kolatomer, men har helt olika egenskaper eftersom kolatomerna binder till varandra på olika sätt. I diamant pekar fyra orbitaler (s.k. sp3-hybrider) i riktningar som motsvarar hörnen i en tetraheder, och samtliga dessa fyra orbitaler bildar starka kovalenta bindningar med fyra grannatomerna vilket ger diamant dess hårdhet och speciella optiska och elektriska egenskaper. I grafit är kolatomernas elektroner arrangerade på annat sätt (s.k. sp2 hybrider) som ger tre starka kovalenta bindningar till tre grannar i ett plan. Mellan planen verkar dock svaga Van der Waals bindningar vilket ger grafit dess speciella smörjande egenskaper.
Diamant anges som det hårdaste naturligt förekommande ämnet. På senare tid har det dock dykt upp syntetiska ämnen som är hårdare, och några ämnen jag hitta är "Aggregated Diamond Nanorods", Rhenium diborid och ultrahård fullerite.
Om diamanten är helt ren, dvs endast består av kol så är den helt genomskinlig, men om den innehåller föroreningar kan den bli färgad. Fysikaliskt beror detta på att föroreningarna introducerar energitillstånd för elektroner som inte finns i den rena diamanten, vilket innebär att fotoner med en våglängd som svarar mot synligt ljus kan absorberas, varvid diamanten får en färgning.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Simon, 24: Vad händer om man har ett rum med en helt svart färg (alltså en som inte reflekterar ljus alls) och sedan tänder en lampa där inne? Kommer man då se något av väggar och golv?
Svar: Om väggarna var perfekt absorberande skulle allt ljus som föll in mot dem omvandlas till värmeenergi, och de skulle alltså inte ge något synligt ljus tillbaka, utan framstå som totalt svarta. De föremål i rummet som träffas direkt av ljuset från en ljuskällan skulle givetvis synas som vanligt. Väggarna skulle dock, liksom alla andra kroppar, sända ut s.k.svarkroppsstrålning vars våglängd och intensitet beror av temperaturen. Denna strålning är liksom ljus elektromagnetisk, men har en våglängd som vid rumstemperatur är mycket större än för synligt ljus vilket betyder att det här skulle handla om värmestrålning.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Joanna, 15: Fungerar en pendelklocka på månen?
Och hur lång svängningstid får en tre meter lång pendel med en vikt på ett kg?
Svar: Ja, uret skulle fungera, men det skulle gå långsammare. Uttrycket som anger en (ideal) pendels svängningstid T under förutsättning att svängningsamplituden är liten är: T=2*pi*(l/g)^1/2 där l är längden och g anger tyngdaccelerationen vilken är 9,8 m/s^2 på jorden och 1,6 m/s^2 på månen, alltså sex gånger lägre. Eftersom g står i nämnaren och under ett rotutryck innebär det att en svängning skulle ta ca 2,5 gånger längre tid än på jorden. För en 3 m lång ideal pendel skulle svängningstiden bli ca 8,6 sekunder på månen.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kalle, 67: Hej! Termometern visar luftens temperatur. Avkylningseffekten gör att det kan bli frostskador på huden om vinden är stark. Handlar det om att huden har en viss fuktighet och termometern är torr? Om man håller termometern fuktig och placerad i vinddraget visar termometern då en lägre temperatur?
Med vänlig hälsning
Kalle
Svar: Hej Kalle. Det stämmer visserligen att man får en extra avkylning när vatten övergår i gasfas, vilket naturen utnyttjar när vi svettas i varm väderlek. Denna effekt spelar dock inte någon större roll för hur vinden påverkar hur vi upplever kyla i kallt väder. Värmeförlusten från huden är starkt beroende av tjockleken hos det tunna gränsskikt av stillastående luftmolekyler som finns alldeles intill huden. Om det blåser kommer tjockleken på detta stillastående skikt att minska, vilket innebär att den värme som alstras i huden kan föras bort snabbare vilket leder till lägre temperatur och större risk för köldskador.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
NN, 18: Vad är det som avgör hur mycket värmeenergi ett föremål har?
Svar: Värmeenergin hos en fast kropp beror av dess temperatur, och proportionalitetskonstanten kallas "värmekapacitivitet" vilken anger hur mycket energi som tillförs om man ökar temperaturen en Kelvin, vilket är samma som en grad Celcius. Ofta använda enheter för värmekapacitivitet är kJ/(Kg K) eller J/(mol K). För järn är värmekapacitiviteten 0,46 kJ/(Kg K) vilket innebär att ett enkilos järnstycke vars temperatur höjs en grad ökar sitt innehåll av värmeenergi med 0, 46 kJ.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Martin, 31:Hur skulle en atombomb explodera i rymden. Har detta gjorts någon gång?
Svar: Ja, innan provstopsavtalet trädde i kraft gjordes ett stort antal kärnvapensprängningar på hög höjd, varav den högsta skedde på 540 km höjd år 1958 och utfördes av amerikanarna. (Som jämförelse kan nämnas att International Space Station går ca 350 km högt.) Ett av skälen var att utröna om kärnvapen kunde användas i missilförsvarssystem. Kärnvapensprängningar på höjder där atmosfären är mycket tunnare än vid jordytan får helt andra effekter än sprängningar vid jordytan. För en explosion i perfekt vakuum erhålls givietvis ingen tryckvåg, och likaså en mycket mindre effekt av värmestrålning medan gammastrålning och neutronstrålning kommer att utbreda sig fritt och därför avta i intensitet med kvadraten på avståndet. När strålningen når atmosfären joniseras luftmolelkyler vilket alstrar joner och elektroner som i sin tur kan ge upphov till elektromagnetiska fält som stör radiokommunikation och kan skada elektrisk utrustning över stora områden (elektromagnetisk puls, EMP).
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Per-Olof, 42: Frågan gäller elektrisk växelspänning, som bekant är att man kan transformera upp spänningen via en transformator, och detta bestämms av förhållandet i lindningsvarv mellan ned och uppsida, men det jag funderar över är vad det är som gör att spänningen ökar då man ökar på lindningsvarven, är det för att fler lindnings varv skär genom magnetfältet och att du får på så sätt ett större "tryck" på elektronerna genom att man får en större tvärsnittsarea på ledarna genom magnetfältet. Så funderar man då på också vad elektrisk spänning är egentligen, ökar man elektronernas rörelseenergi runt kärnan då man höjer spänningen, eller är det så att trycker in fler elektroner i varje elektronskal och på så sätt ökar naturens vilja att komma till normaltillståndet?
mvh P-O
Svar: Primärlindningen i transformatorn alstrar ett magnetiskt flöde i transformatorns ringformade kärna som är tillverkad av ett ferromagnetiskt material, och styrkan av detta flöde är direkt proportionell mot antalet varv i primärlindningen. I varje varv i sekundärlindningen kommer en elektromotorisk spänning att alstras när det magnetiska flödet ändras enligt induktionslagen. Man måste alltså ha en periodiskt varierande ström i primärlindningen i en transformator vilket ju är skälet till att den allra största delen av elöverföring sker med växelström. Spänningen på utgången blir produkten av den inducerade spänningen i varje varv och antalet varv. Analogin med "tryck" som du nämner görs ibland, och då kan man säga att varje varv bidrar med samma "tryck".
Ett sätt att illustrera innebörden av elektrisk spänning är att göra jämförelsen med gravitation, som ju är ett mer påtagligt fenomen. Elektrisk spänning benämns ju ofta "elektrisk potential" vilket visar att det har att göra med den potentiella energin, dvs. lägesenergin hos laddningarna. Det är dock inte laddningarnas lägesenergi i gravitationsfältet som avses (vilken är försumbar) utan deras lägesenergi i det elektriska fältet. I exemplet med med transformatorn så alstrar det varierande magnetiska flödet ett elektriskt fält i sekundärlindningen som gör att elektronerna påverkas av en kraft. Den elektriska potentialen, dvs. spänningen, anger hur mycket energi som skulle utvecklas om en laddning av storleken 1 As skulle röra sig genom detta elektriska fält. Om du t.ex. dubblar spänningen så krävs endast halva mängden laddning för att få samma energi. Detta känner vi igen från praktiska erfarenheter med elektricitet: Om vi har ett system med låg spänning, som t.ex. elsystemet i en bil där U=12 V så måste man ha mycket större strömmar (dvs. flytta mer laddning per tidsenhet) för att erhålla en viss effekt än vad som krävs för att erhålla samma effekt i elsystemet i våra hus där U=230 V. Spänningen anger alltså energin per laddningsenhet som flyttas från den ena polen till den andra.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Karin, 39: Varför leder olika metaller ström olika bra?
Svar: Hos metaller är en del av de yttre elektronerna hos varje atom, de s.k. ledningselekgtronerna, fria att röra sig mellan atomerna vilket ger metallerna dess speciella egenskaper som t.ex. hög elektrisk ledningsförmåga och hög värmeledningsförmåga. Skillnaden i ledningsförmåga mellan olika metaller beror dels på att antalet ledningselektroner per atom varierar och dels på att deras rörlighet, vilket kallas mobilitet, varierar. Silver, som har en ledningselektron per atom, har således högre ledningsförmåga än aluminium som har tre eftersom den högre mobiliteten hos elektronerna i silver mer än kompenserar för det mindre antalet ledningselektroner. Elektronernas mobilitet påverkas av spridning mot föroreningar och påverkas också av atomernas värmerörelser, vilket gör att mobiliteten är komplicerad att behandls teoretiskt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Malin, 24: Hur kommer det sig att vi inte känner av att jorden roterar runt sin egen axel eller roterar runt solen? Det vill säga: hur kan vi sitta på jättekarusellen jorden utan att känna att vi accelererar?
Svar: Hej Malin. Du har helt rätt i att vi lever på en "jättekarusell" och därför utsätts för tröghetskrafter som uppstår på grund av den acceleration som en rotationsrörelse innebär. Jämfört med tyngdkraften är dock dessa tröghetskrafter små, så det är ingenting man direkt märker i vardagen. Skall man göra noggranna beräkningar av t.ex. projektilbanor så krävs dock att man tar hänsyn till att man befinner sig i ett roterande koordinatsystem, vilket man gör genom att komplettera Newtons lagar (som gäller för icke-accelererande system) med något man kallar Corioliskrafter. En högst påtaglig effekt av dessa krafter är hur de påverkar vind och vattenströmmar. I en tentamensuppgift i mekanik ställde jag en gång frågan hur mycket mindre vågen skulle visa om en person som vägde 110 kg i Linköping istället vägde sig på ekvatorn, där centrifugalkraften får en större effekt. Resultatet blev 0,27 kg, vilket visar att effekten lätt går att observera även med enkla medel. (I detta fall måste vägningen ske med en fjädervåg, och inte en balansvåg där ju även motvikten skulle påverkas av centrifugalkraften.)
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lars, 61: Hej! Specialpedagog och fick följande fråga av en tjej i nian. Hur fungerar en värmepump?
Svar: Hej Lars. En fullständig förklaring kräver att man tar med en hel del termodynamik, vilket tyvärr inte finns plats för här. Jag försöker mig dock på en förklaring. Värme, som är en form av energi, kommer av sig själv alltid att flyta från ett varmare ställe till ett kallare enligt teromdynamikens lagar. Man kan dock genom tillförsel av mekanisk energi (som i en värmepump alstras av elektricitet i en motor) flytta värme åt motsatt håll, vilket är vad man gör både när man värmer huset med en värmepump och när man använder ett kylskåp. Ett kylskåp är alltså också ett exempel på en värmepump. När huset värms flyttas värme från den kallare omgivningen in till huset för att värma det, medan värmen flyttas från kylskåpets inre, ut till det varmare rummet där det står.
Skälet till att att en värmepump är en så bra grej ser man om man jämför två alternativa uppvärmingsmetoder och utgår från att man har tillgång till en viss mängd elektrisk energi, låt säga 1 kWh. Det enklaste sättet att värma huset är att låta strömmen gå genom ett motstånd i ett element, så att elenergin omvandlas till värme varvid man tillför precis 1 kWh värme till sitt hus, varken mer eller mindre. Nu är elenergi en högvärdig energiform, som kan driva en värmepump som flyttar värme utifrån och in till det varmare huset, och nu räcker 1 kWh elenergi till att flytta 2-3 kWh värme. Ingen dålig affär! Elenergi har alltså högre "kvalite" än värmeenergi vilket gör detta möjligt. (Du kan inte använda värmeenergi för att flytta värme på det här sättet!)
Termodynamiken ger också intressant information om vad som försigår i kraftverket där elen alstrades. Om elen kommer från ett kol eller oljeeldat kraftverk medger termodynamikens lagar att man enbart kan omvandla drygt 30% av den värmeenergi som bränslet innehåller till elenergi, resten blir spillvärme. Slutsatsen av detta blir att det egentligen är ett oförsvarligt slöseri att använda högvärdig elenergi för direktuppvärmning av hus. Antingen bör oljan värma huset direkt, eller också skall elen driva en värmepump.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Alma, 15: Hur fugerar en kompass?
Svar: Den röda änden av en kompassnål pekar mot norr eftersom den är magnetisk, och jorden själv är en stor magnet. Om du har lekt med magneter så vet du att deras ändar både kan dras till varandra eller stöta bort varandra, beroende på hur du vänder dem. En magnet har alltid två poler, en som kallas "syd" och en som kallas "nord" (den röda i en kompass). Är polerna av olika sort dras de till varandra, annars stöter de bort varandra. Eftersom kompassnålens nordpol dras mot jordens geografiska nordpol, så är den geografiska nordpolen en magnetisk sydpol! Att förklara hur de magnetiska krafterna uppkommer är ganska komplicerat, men man kan enkelt uttryckt säga att om man har elektriska strömmar så får man även magnetism. Att ett ämne är magnetiskt har att göra med att det går små elektriska strömmar inne i dess atomer, och att atomerna är riktade på ett sådant sätt att de samverkar till att ge ett magnetfält. Att hela jorden är en magnet beror på att jordens inre är flytande vilket leder till elektriska strömmar inne i jorden som gör den magnetisk.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Frej, 16: Varför färgas lågan om man låter olika metallsalter? t ex SrNO3
Svar: Hej Frej. Elektronerna som omger atomkärnorna kan bara ha vissa bestämda energier, och när ämnet inte är upphettat så intar elektronerna de lägen som har lägst energi, man säger då att ämnet befinner sig i sitt grundtillstånd. Det får dock bara plats ett visst bestämt antal elektroner i varje sådan energinivå, så även i grundtillståndet har de flesta ämnen elektroner med olika energier. När man hettar upp ämnet i en låga kommer elektronerna att kunna hoppa upp till lägen med högre energi, för att sedan hoppa tillbaka igen. Det är när elektronerna hoppar tillbaka som det sänds ut ljus, och skillnaden i energi mellan nivåerna bestämmer ljusets färg. Eftersom olika ämnen har olika energinivåer, så kommer de att ge olika färger i lågan.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Maysaa, 31: Vilka faktorer kan påverka ljudets utbredning och hastighet i luft och en sträng?
Svar: Utbredningshastigheten för en våg på en ideal sträng beror på dess "linjära täthet" vilket är strängens massa delat med dess längd, samt den kraft med vilken den är inspänd. Om vi kallar kraften F och det linjära tätheten mu, så är uttrycket för hastigheten v: v=(F/mu)^1/2.
För en ideal gas (som är en god approximation för luft vid atmosfärstryck) beror utbredningshastigheten av dess temperatur T och molvikt M samt kvoten mellan gasens värmekapacitivitet vid konstant tryck respektive konstant volym, gamma=Cp/Cv. Uttrycket för hastigheten är v=(gamma*R*T/M)^1/2 där R är allmänna gaskonstanten. För luft, som här kan antas vara en blandning av 80% kväve och 20% syre är gamma =1,40 och M=28,8*10^-3 kg/mol. Vid rumstemperatur, 293 K, erhålls då värdet 344 m/s.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kjell 25: Hej! Om man släpper 2 st liknande föremål från 30m höjd men med olika vikt vilken når marken först. Mvh Kjelle
Svar: Hej Kjelle. Det du beskriver är Galileis berömda experiment där han släppte två olika tunga kulor från lutande tornet i Pisa, för att demonstrera att de tog lika lång tid på sig för att nå marken. Detta var inte vad de flesta hade väntat sig, eftersom våra vardagliga erfarenheter säger oss att ett lätt föremål som en fjäder faller långsammare än en sten. Detta beror dock på luftmotståndets inverkan, så om kropparna båda är relativt små i förhållande till sin vikt, dvs. har hög täthet, så spelar luftmotståndet liten roll, och de kommer ner (nästan) samtidigt. Har föremålen samma form och storlek men olika vikt kommer alltså det tyngre ned något tidigare eftersom luftmotståndet spelar mindre roll om det väger mer. Görs experimentet i vakuum faller de exakt lika fort, närmare bestämt så accelererar de båda med tyngdaccelerationen g, som är ca 9,8 m/s^2. Det är ganska vanligt att friktionseffekter, som luftmotståndet i detta fall, "lurar" oss, så att vi inte så lätt kan uppfatta det mera grundläggande beteendet hos naturfenomen. Därför är det viktigt att göra noggranna experiment och renodla de fenomen som studeras för att komma naturlagarna på spåren.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Patrick, 31: Hej! Jag och några vänner diskuterade ett kul fenomen, nämligen om man kastar upp kokande vatten i luften när det är tillräckligt kallt ute så kommer vattnet att snöa ner. Två personer trodde inte på detta, eftersom det tycktes omöjligt för dem. De blev dock överbevisade efter att de sett internetvideos med fenomenet demonstrerat. Dock så kom den naturliga följdfrågan upp, om detta fenomen beror på att vattnet har koktemperatur och att detta inte hade fungerat om det hade varit kallare vatten (säg 37 grader). Hur ligger det egentligen till med detta?
Svar: Hej Patrick. Jag har tittat på en video på You-tube, som jag antar är samma som du beskriver. Att vatten som finfördelas och sprutas ut i kall luft bildar snö är ju i och för sig naturligt, vilket ofta används i snökanoner. Tyvärr visar inte videon vad som händer när man kastar upp rumstempererat vatten, men det verkar ju underförstått att detta inte skulle fungera lika bra. Om det förhåller sig så skulle jag tro att förklaringen ligger i att hett vatten har lägre viskositet, dvs. är mindre trögflytande, än kallare vatten och därför fördelas i finare droppar när det kastas upp. Även bubblorna i vattnet kanske spelar roll för hur finfördelat det blir. Det finns givetvis mer värmeenergi i det heta vattnet som måste ledas bort, men hastigheten hos nedkylningen beror säkert mera på storleken hos vattendropparna, eftersom kvoten mellan ytan och volym ändras när dropparna blir små.
Ragnar Erlandsson, professor i fysk
Sara: 38: hur det kommer sig att du kan bestå av en kolatom som en gång fanns i en dinosaurie.
Svar: Vad som händer när olika substanser omvandlas är för det mesta att kombinationen av atomer ändras, vilket är vad sker vid normala kemiska reaktioner. I sådana fall bibehåller atomerna hos grundämnena sin identitet. Det är enbart vid radioaktiva processer som atomkärnorna också förändras, men dessa processer utgör bara en mycket liten dela av all ämnesomvandlingar. De flesta atomer i vår omgivning är alltså oerhört gamla, och bildades långt innan jorden och solsystemet skapades för ca 4,5 miljarder år sedan. Universum bestod ursprungligen av de lättaste grundämnena, väte och helium, som alltså har funnits sedan nästa 15 miljarder år sedan, medan övriga tyngre grundämnen med atomvikt upp till järn bildats inne i stjärnor som ett resultat av de fusionsprocesser som håller stjärnorna lysande. Ännu tyngre grundämnen bildas enbart vid enorma stjärnexplosioner, s.k. supernovor. De flesta atomerna i din kropp är alltså skapade inuti i stjärnor och är äldre än solsystemet. Vi består alla av stjärnstoft!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Darth, 25: Varför bubblar vatten vid kokning?
Svar: En vätska har för varje temperatur ett s.k. ångtryck vilket anger det tryck då vätskan i gasfas och vätsekefas befinner sig i jämvikt. Ångtrycket ökar med temperaturen. Tänk dig att du har en volym helt fylld med vatten vid temperaturen 20 0C, och att du sedan flyttar taket i kärlet så att du får en volym ovanför vattenytan. Kärlet kommer då fortfarande bara att innehålla vatten, men nu i både gas och vätskefas. Eftersom vattens ångtryck vid 20 0C är ca 23 mbar kommer trycket av vattenångan ovanför ytan att ha detta värde. Om kärlet istället står i vanlig atmosfär så kommer du att ha en nettoavdunstning om vattens andel av lufttrycket (vattnets partialtryck) är lägre än 23 mbar. Desto högre temperatur, desto snabbare avdunstning om partialtrycket av vatten är konstant i den omgivande luften. Avdunstningen kommer att ske från vattenytan så länge ångtrycket är lägre än atmosfärstrycket (som är ca 1000 mbar), men när temperaturen når det värde där ångtrycket = den omgivande atmosfärens tryck, så kommer övergången till gas inte att ske bara vid ytan utan även inne i vätskan, det bildas ångblåsor i vattenvolymen, dvs. bubblor och vätskan kokar. Kokpunkten beror alltså på lufttrycket.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Per-Olof, 41: Hej, jag är elektriker till yrket och vet hur verkningar och fenomen av elektrisk ström och spänning verkar. En sak som jag har funderat många gånger på är: Vad är elektrisk spänning egentligen, strömmen Ampere är ju antalet laddningar per sekund C/s genom en tvärsnittsyta, men spänning är ju det elektriska "trycket" mellan två poler. Frågan är: Är det elektronernas spinn runt kärnorna som ökar när man höjer spänningen i en krets t.ex genom en transformator. För när man höjer spänningen för överföring i ett nät så minskar ju förlusterna tack vare att antalet laddningar är mindre men spänningen desto högre rent proportionellt, och då skapas tanken att de elektroner får en egen högre energi lagrad som en rörelseenergi(hastighet runt kärnan).
Jag hoppas du förstår min fundering.
Svar: Hej Per-Olof. Den elektriska potentialen (eller spänning som vi kallar det till vardags) i en punkt där vi har en laddning definieras som laddningens lägesenergi i det elektriska fältet delat med dess storlek. Detta leder till att enheten för spänning, Volt, är energi/laddning eller [J/C] (J står för Joule och C för Coulomb). En bra liknelse är att jämföra situationen med vad som händer när du lyfter ett föremål i ett gravitationsfält. På samma sätt som ett gravitationsfält utsätter massa för en kraft så utsätter det elektriska fältet laddningar för en kraft. Lyfter du en sten en meter ökar du dess lägesenergi (potential). Skulle du lyfta samma sten en meter på en massivare himlakropp med kraftigare gravitationsfält skulle du öka dess lägesenergi mera, vilket svarar mot högre potential. Mellan polerna på ett batteri har du ett elektriskt fält som alstras av kemiska processer inne i batteriet. För du laddningen +1 C (dvs strömmen 1A under 1 s) från + till - polen "faller" laddningarna i det elektriska fältet, så att deras lägesenergi minskar och omvandlas till rörelseenergi vilket i sin tur omvandlas till t.ex. värme i en glödlampa. Mängden energi ges av produkten av laddningen och spänningen, i detta fall 1 C x 1,5 V =1,5 J om du har ett ficklampsbatteri med 1, 5 V mellan polerna. Högre spänning svarar mot kraftigare elektriskt fält vilket ger mer energi för samma laddningsmängd. Mängden energi du kan utvinna ur en viss mängd laddning beror alltså både på mängden laddning (=ström x tid) och spänningen mellan polerna som (tillsammans med avståndet) anger den elektriska fältstyrkan. (I vanliga ledare är det ju negativa elektroner som rör sig mot fältriktningen, men det påverkar inte resonemanget.)
De strömmar du arbetar med alstras ju normalt inte av batterier utan erhålls genom magnetisk induktion i generatorer. Man kan säga att induktionsfenomenet ger en viss spänning i varje varv av generatorns lindning, och har man många varv så adderas det elektriska fältet så att man får en hög spänning. I en transformator ger primärlindningen ett visst magnetfält i transformatorkärnan, och samma magnetiska flöde kommer att gå genom sekundärlindningen. Eftersom det elektriska fält som alstras i sekundärlindningen svarar mot antalet lindningsvarv kommer du att få ett kraftigare elektriskt fält mellan sekundärlindningens poler om du har fler varv än på primärsidan. Spänningen blir alltså högre på utgången. Det stämmer alltså som du säger att elektronerna på utgången av transformatorn har högre energi, men det beror inte på förändringar i deras "spinn" vilket är en magnetisk egenskap som inte spelar någon roll här. Strömmen på sekundärsidan måste givetvis vara mindre än på primärsidan på en sådan transformator så att energin ut inte blir större än energin in.
Förlusten i ledningar kan ses som en slags friktion mellan laddningarna och ledarmaterialet, så det är alltså bättre att överföra en viss mängd energi med hög spänning och låg ström än vice versa. Detta är skälet till att all storskalig elöverföring sker vid mycket höga spänningar.
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
John,31: Varför rör sig en uppblåst ballong långsamt, faller långsammare än andra saker?
Svar: Det beror på att luftmotståndet spelar stor roll för hur ett stort och lätt föremål beter sig när man låter det falla i luft. I vakuum faller alla föremål lika fort, de accelererar alla med tyngdaccelerationen 9,81 m/s^2. Om de däremot faller i luft så ökar luftmotståndet med hastigheten så att de till slut uppnår en konstant hastighet. Vad denna sluthastighet blir beror av föremålets massa och form. För ett stort och lätt föremål som en ballong eller en fjäder blir fallhastigheten mycket låg, medan du knappast märker skillnaden för t.ex. en liten metallkula.
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fredrik, 21: Hej, det här är en fråga som jag och mina vänner diskuterat den senaste tiden till den gräns att vi börjar bråka. Frågan lyder: Kan det finnas en elektrisk spänning utan att det finns någon ström? Vi vet att V = W/s = J/As = J/c och att definitionen är "den energi som laddningen 1 As avger eller upptar när den rör sig genom ett elektriskt fält" enligt mig innefattar det en ström eftersom laddningar rör på sig. Men i ett batteri som inte är inkopplat finns det en spänning (enligt min vän) fast att det inte går någon ström. Hur ligger det till egentligen, kan man ha en ström utan spänning eller en spänning utan ström?
Svar: Hej Fredrik. Det är din kompis som har rätt, man kan mycket väl ha en spänning utan ström. Du har själv angett den grundläggande definitionen av spänningen 1 V, dvs "det arbete (enhet J) som det elektriska fältet gör på en laddning med storleken 1 C (=1As) OM laddningen förs mellan två punkter med potentialskillnaden 1 V" (Laddningen skall gå från högre till lägre potential för att arbetet skall vara positivt). Observera ordet OM! Du behöver inte flytta laddningen för att potentialskillnaden skall vara 1 V. Om laddningen flyttar sig har du en ström (enhet C/s = A). Batteriet har alltså en spänning mellan polerna även när det inte går någon ström. I praktiken är denna "tomgångsspänning" något högre än den spänning du har när det går en ström mellan batteriets poler, eftersom batteriets inre motstånd ger ett spänningsfall när det går ström genom det. Begreppet elektrisk spänning som är detsamma som elektrisk potential är i princip nära besläktat med det mekaniska begreppet potentiell energi (dvs lägesenergi). Om du lyfter upp en kropp ökar dess potentiella energi eftersom du måste göra arbete för att flytta den mot gravitationsfältet. Släpper du den gör gravitationsfältet arbete på kroppen. På samma sätt måste du göra arbete för att flytta en positiv laddning mot det elektriska fältet, som sedan frigörs när laddningen släpps loss. Observera att den första likheten där du anger vad 1 V enhetsmässigt motsvarar inte stämmer: W/s är ej spänning, medan J/As = J/C är korrekta sätt att beteckna spänning.
Ragnar Erlandsson, professor i fysi
Isak, 8 år: Var kommer vinden i från?
Svar: Hej Isak. Vind uppkommer eftersom lufttrycket varierar på olika ställen på jorden, och då vill luften blåsa från ett ställe med högt tryck till ett ställe med lågt tryck. Att lufttrycket blir olika på olika ställen beror på att solen värmer upp olika ställen olika mycket. Om ett område blir lite varmare än omgivningen utvidgas luften där och får lägre täthet så att den stiger uppåt varvid lufttrycket vid markytan blir lägre och det bildas ett lågtryck.
Eftersom jorden snurrar runt så kommer luften som rör på sig även att påverkas av en kraft som kallas Coriolis-kraften, vilket gör att vinden inte kommer att blåsa rakt från högtrycket till lågtrycket, utan kommer att böja av åt höger på norra halvklotet där vi bor.Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Sören, 33: Jag undrar vilka användningsområden som Al-26 har? När bildades det? Finns det sönderfallsserier för alla ämnen?
Svar: Al-26 isotopen är den enda radioaktiva isotopen av Aluminium som finns naturligt, och har en halveringstid av 717000 år. Isotopen bildas genom att kosmisk strålning omvandlar Argon i den yttre atmosfären. Al-26 används för åldersbestämning av bl.a. meteoriter.
Det finns tre naturligt förekommande sönderfallsserier som fortfarande pågår: Thoriumserien, Radiumserien och Actiniumserien. Var och en av dessa börjar med ett en långlivad isotop som har gett namn åt serien, och som har funnits sedan grundämnena syntetiserades i någon stjärna före solsystemets födelse. Dessa serier är en av källorna till kortlivade isotoper som förekommer naturligt. En annan källa till isotoper som har kort livslängd jämfört med jordens ålder är bildning av radioaktiva ämnen genom bestrålning av kosmisk strålning i atmosfären som Al-26 vilket nämnts ovan. Även Kol-14 som ofta används för åldersbestämning av arkeologiska fynd har bildats på detta sätt, genom att en kväveisotop blivit bestrålad i atmosfären. Alla ämnen på jorden ingår ej i radioaktiva sönderfallsserier. De flesta stabila grundämnen vi har på vår jord bildades genom fusion i en stjärna före solsystemets tillkomst. För att skapa ämnen tyngre än järn krävs dock ännu mer extrema förhållanden än vad som finns inne i stjärnorna: Dessa tunga ämnen bildades vid de gigantiska explosioner som tunga stjärnor genomgår då de dör, s.k. supernovor.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Marcus, 27: Varför bildas det gnistor när man slår järn mot en sten? Vad är det som brinner, som gnistan består av?
Svar: Hej Marcus. När du slår två hårda material mot varandra kommer det mesta av deras rörelseenergi att omvandlas till värme, och vid hög temperatur så kommer ett material att sända ut ljus. Vad som också sker är att små fragment slits loss, och om dessa är tillräckligt heta för att glöda så kommer du att uppfatta detta som gnistor.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Johanna, 18: Om man fördubblar rörelsemängden, hur mycket större blir då hastigheten.. I vanliga fall skall ju hastigheten dubbleras eftersom massan är konstant, men hur skulle det bli om man räknar relativistiskt?
Svar: Hej Johanna. Det beror helt på hastigheten hos massan. Den relativistiska rörelsemängden ges av uttrycket p=m x v x gamma där p är rörelsemängd, m vilomassa, v hastighet och gamma=1/(1-(v^2/c^2))^1/2. För hastigheter som är låga i förhållande till ljushastigheten c så är gamma väldigt nära ett, medan gamma blir stor när hastigheten närmar sig ljushastigheten. Om din hastighet är låg motsvarar alltså en fördubbling av rörelsemängden en fördubbling av hastigheten, men om hastigheten närmar sig c så svarar en fördubblingen av rörelsemängden mot en mycket mindre hastighetsökning.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Frank, 25: Fråga gällande el. Vad är definitionen av jord? Jag har en fråga som jag inte riktig har löst ut. Om man tar i en fas och är i kontakt med golv/jord går ström genom kroppen. Hur går strömmen i detta fallet tillbaka till nolledaren? Eller räcker det med att marken har noll potential i förhållande till fasen? Om marken inte har kontakt/förbindelse med noll- ledaren förstår jag inte hur man kan få en sluten krets. För om man tex gör ett experiment med att inducera en spänning och få en lampa att lysa måste ju lampan kopplas till båda trådändarna för att få en sluten krets.
Tackar på förhand för svar!
Mvh Frank
Svar: Hej Frank. En allmän definition av elektrisk "jord" skulle kunna vara att det är en ledande kropp som är så stor att dess elektriska potential inte nämnvärt påverkas av tillförda eller borttagna laddningar, och att den därför kan tjäna som en gemensam potentialreferens, dvs. en punkt som definierar noll-potential. För elnät för kraftdistribution är denna "stora kropp" helt enkelt planeten jorden, och det finns på flera ställen, t.ex. vid transformatorer, s.k. jordtag som är plåtar eller linor som är förlagda under marken och kopplade till nolledaren. Även för kretsar som matas med batterier talar man ofta om "jord" och då menar man helt enkelt en godtycklig noll-referens som ofta utgör batteriets negativa pol eller en punkt där två batteriers motsatta poler är sammankopplade så att man får ett system med positiv och negativ spänning "relativt jord". Jordledaren i ditt hus är normalt förbunden med nolledaren i husets elcentral, så båda dessa ledare ligger på noll-potential. Till denna gemensamma jordpunkt kan även andra ledande system i huset vara anslutna som t.ex. vattenledningssystemet. Om du kommer i kontakt med en fasledare går alltså en ström genom dig via marken till den närmsta punkt där nolledaren är jordad vilket alltså kan vara vid elcentralen (via t.ex. en vattenledning) eller vid ett jordtag vid närmaste transformatorstation. Observera att när det går en ström genom dig till jord så blir strömmen genom fasledaren skild från strömmen i nolledaren i ditt hus vilket känns av med en jordfelsbrytare som skall finnas i nyare hus. Om detta "jordfel" överstiger en viss gräns bryts strömmen i fasledaren som en säkerhetsåtgärd. Om du samtidigt skulle komma åt en fasledare och nolledaren inne i ditt hus är det värre, eftersom du då kopplat in dig som en normal last vilket jordfelsbrytaren ej kan detektera .
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Markus, 14: Hej! Man tar ett flertal föremål av samma vikt och kastas dessa med samma kraft fast med olika riktning. Kommer de att ta mark samtidigt?
Svar: Nej. Om du kastar en kropp så att dess utgångshastighet är konstant, så kommer vinkeln till horisontalplanet att påverka den tid det tar för kroppen att nå marken. Om du kastar kroppen i horisontell riktning så kommer dock tiden det tar för kroppen att nå marken att vara densamma oberoende av utgångshastighet om vi försummar luftmotstånd och jordens krökning.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jörgen,17: Självantändning - betydligt överdrivet?
Hej. I vårt köksskåp står en dunk med linolja. På den står det "Risk för självantändning". Aha, tänkte jag. Det måste jag prova. Så jag la en bomullstuss i en glasburk, vätte den med linolja och väntade på att den skulle flamma upp. Det hände ingenting. Samma sak med väteperoxid. "Risk för självantändning". Ingenting. Väldigt besviken blev jag.
Gjorde jag nåt fel?
Svar: Hej Jörgen. Jag vet från tidigare kontakter med personer som har arbetat med brandforskning att det inte är så lätt att erhålla självantändning med ämnen som t.ex. linolja. Det gäller att ha en situation sär värmeisoleringen är så bra att energin från den spontana oxidationen leder till en tillräcklig temperaturökning för att det skall ta eld.
Under alla omständigheter är det dock bra att vara försiktig med hanteringen av ämnen som är kända för att kunna självantända.
När det gäller väteperoxid så är koncentrationen av lösningen väsentlig. Vid högre koncentrationer än 20% är denna kemikalie mycket farlig och måste hanteras enligt de regler som sprängämnesinspektionen anger. Vid höga koncentrationer kan väteperoxid detonera, och skall alltså endast handhas av utbildad personal.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Carolina, 21: Hej! Hur kommer det sig att det finns salt respektive sötvatten? Har det med miljön att göra?
Tack!
Svar: Vatten som avdunstar från haven innehåller inte några mineraler ("salt") av samma skäl som en destillering används för att rena en vätska. Sjöar och floder som ju får sitt vatten fån nederbörd kommer alltså att ha en låg halt av mineraler, de kommer alltså att ha sötvatten. Eftersom detta vatten kommer i kontakt med marken så kommer det att lösas ut små mängder mineraler så att dess salthalt ökar något på vägen genom flodsystemen ut i havet. Eftersom världshaven hela tiden tillförs vatten med en viss mineralhalt, medan det vatten som bortförs genom avdunstning är fritt från mineraler så kommer det att ske en ansamling av lösta mineraler i oceanerna. Salthalten i de stora oceanerna är ca 3,5%, men varierar en hel del på grund av komplicerade processer i världshaven. I ett innanhav som Östersjön blir salthalten väsentligt lägre, i medeltal ca 1 %.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lars, 48: Hej Vi har en debatt på jobbet som handlar om relativ hastighet. Antag att du åker tåg i 200 Km/tim och lutar dig ut genom fönstret och skjuter bakåt med en pistol parallellt med tågets riktning. Om kulan lämnar mynningen med 200 Km/tim så bör den ramla rakt ner då dess relativa hastighet är 200-200=0 Km/tim. Stämmer detta eller?
Svar: Ja, det stämmer bra. (Luftmotstånd skulle dock påverka situationen, vilket bortses från här.) För hastigheter som är låga i förhållande till ljushastigheten erhåller man kulans hastighet relativt marken med en enkel addition som du gjort i ditt exempel, vilket kallas för "Gallileitransformationen". Eftersom ljushastigheten är extremt hög (300.000 km/s) så gäller detta enkla samband för i stort sett alla praktiska fall här på jorden om man har att göra med större föremål. När föremålens hastighet börjar närma sig ljushastigheten blir det dock mer komplicerat, eftersom man då måste använda Einsteins relativitetsteori. Då gäller något som kallas Lorentztransformationen.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Monica, 34: Hej! Jag har en fråga angående radioaktivitet. Varför förknippar man radioaktiv strålning med grönt, t.ex. i tecknade filmer, hulken, mm?
Svar: Hej Monica. Den gröna färgen får vi nog tillskriva Hollywoods effektmakare, som vill ha något läskigt att visa publiken. Radioaktiv strålning är i sig osynlig, vilket gör den extra obehaglig att handskas med eftersom man inte upptäcker den utan instrument förrän det är för sent. Det finns dock ett fall då man kan "se" radioaktiv strålning, eller rättare sagt dess effekt, och det är när strålningen går i en genomskinlig vätska som vatten. Effekten kallas Cherenkovstrålning, och beror på att det alstras synligt ljus när snabba partiklar rör sig fortare än ljushastigheten. Inga partiklar kan röra sig snabbare än ljushastigheten i vakuum, men i en vätska är ljushastigheten lägre så där är det möjligt. När detta sker alstras synligt ljus, vilket kan ses som ett blått skimmer i en reaktortank fylld med vatten, vilket du kanske sett på TV.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Adde, 25: Jag har en fråga som jag behöver hjälp med! Hur kan du knuffa igång en bil? Den är ju mycket tyngre än du och ni påverkar varandra med samma kraft enligt Newtons tredje lag. Varför är det inte du som åker iväg mest?
Tack!
Svar: Hej Adde. Du kan putta iväg bilen eftersom du "står förankrad" i jorden genom friktionen mellan marken och dina skosulor. Skulle du ej ha haft någon sådan friktionskraft, vilket hade liknat situationen att du och bilen båda stått på våt is, hade det inte varit så lätt att få fart på den. I det fallet hade både du och bilen rört sig åt motsatt håll när du utsatte den för en kraft genom att spänna dina muskler, men bilen hade rört sig med mycket mindre hastighet eftersom den är tyngre än dig. Lagen som beskriver detta kallas "rörelsemängdens bevarande" och säger att produkten av din hastighet och din massa är samma som produkten av bilens hastighet och dess massa om vi antar att ni ursprungligen stod stilla. Denna lag gäller även när du har skor med bra friktion, men då är du sammankopplad med jorden, så när du trycker bilen framåt så rör sig du+jorden åt motsatt håll som bilen så att rörelsemängden bevaras. Jorden väger ju ganska mycket, så hastigheten blir inte så stor!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Henrik, 28: Hej! Att en atom ökar sin massa i t.ex. en accelerator desto högre hastighet den får är ju känt. Hur mycket väger då t.ex. en heliumatom om man accelererar upp den i en accelerator till en hastighet på t.ex. 250.000 km/s?
Tack för hjälpen!
Mvh Henrik
Svar: Rörelsmängden hos en partikel med hastigheten v varierar som
p=mv(1/(1-v^2/c^2)^1/2) enligt den speciella relativitetsteorin. Detta uttrycks ibland som att massan ökar, vilket är ett sätt att utrycka sig som en del fysiker inte gillar. Om vi bortser från detta och sätter in ditt värde på v som är 83 % av ljushastigheten c, så blir resultatet att p ökar 1,8 gånger vilket man även kan tolka som att massan skulle öka lika mycket.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Ella, 14: Hejsan jag undrar hur man tar reda på vad som är nord- och sydänden på en magnet?
Svar: Hej Ella. Eftersom nordpolen dras till en sydpol och tvärtom så behöver du en annan magnet som du kan testa din magnet mot. Det praktiskt enklaste är väl att använda en kompass där du vet att den rödmarkerade änden av kompassnålen är en nordpol. I princip skulle du ju också kunna lägga din magnet så den kan röra sig utan friktion, t.ex. på en kork i vatten, och se om den vrider sig i en speciell riktning oavsett hur du lägger ned den. Det vi kallar nordpol är då den ände som pekar norrut eftersom jorden är en stor magnet. Eftersom vi kallar den ände av magneten för nordpol som pekar norrut, så måste alltså den geografiska nordpolen vara en magnetisk sydpol, något som du kanske inte tänkt på! Ett annat sätt skulle vara att använda elektricitet. Om man lindar en spole runt en avlång bit järn får man en elektromagnet där nordpolens läge beror av strömmens riktning. Lägger du högerhanden med fingrarna i strömmen riktning runt spolen så är nordpolen åt det håll som tumme pekar. Vill man testa detta får man bara göra det med ett ficklampsbatteri som har låg spänning och därför är ofarligt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jakob,16: har faktiskt 4 frågor: Vilka energiformer och vad omvandlas det till.
1, en brinnande tändsticka?
2, en uranatoms sprängning?
3, fotoceller?
4, fotosyntes?
Svar:
1. Kemisk energi omvandlas här till värmeenergi. Med kemisk energi menar man den energi som utvinns när omlagringar hos atomernas yttre elektroner påverkas när atomers bindningar ändras.
2. Vi sprängning (fission) av en atomkärna omvandlas först elektrostatisk lägesenergi hos protonerna som ligger tätt packade till rörelseenergi hos de alstrade reaktionsprodukterna, de s.k. fissionsfragmenten och neutronerna (kallas ofta helt enkelt "kärnenergi"). När dessa partiklar sedan bromsas ned i det omgivande materialet omvandlas energin till värme. De produkter som först alstras är också radioaktiva och sönderfaller varvid ytterligare energi i form av snabba partiklar och gammastrålning bildas.
3. I en fotocell omvandlas direkt strålningsenergi hos ljus till elektrisk energi.
4. I fotosyntes omvandlas strålningsenergi hos ljus till kemisk energi i en rad komplicerade biokemiska steg. Slutresultatet av reaktionerna som börjar med koldioxid och vatten blir syre och socker som har högre energiinnehåll.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jens, 44: Varför sänder elektroner som rör sig runt atomkärnan INTE ut elektromagnetisk strålning? De accelereras ju och laddningar som accelereras sänder ut strålning. Är det våg-partikeldualismen som spökar eller har det något med sannolikhetsvågor att göra?
Svar: Hej Jens. Du har helt rätt i att accelererande laddningar enligt elläran skall sända ut strålning, och eftersom rörelse runt en punkt innebär acceleration in mot punkten så kan en atom inte förklaras med samma mekanik som ett planetsystem. Om elektronen sände ut ljus skulle den ju vara instabil! Detta var en av de svårigheter som fysiken stod inför i början av 1900-talet, och som slutligen fick sin lösning med införandet av kvantmekaniken. I kvantmekaniken beskrivs elektronen med en s.k. vågfunktion som endast kan anta vissa bestämda (kvanitiserade) värden när elektronen är bunden kring en atomkärna, men när den befinner sig i något av dessa tillstånd så är systemet stabilt och sänder inte ut någon strålning. När den går från ett tillstånd till ett annat sänder atomen antingen ut ljus eller absorberar ljus. Tolkningen av vågfunktionen är att dess kvadrat anger sannolikheten att hitta elektronen i en viss punkt, vilket skiljer sig totalt från den klassiska mekanikens bild där varje partikel har en väldefinierad och beräkningsbar position. Här kommer alltså våg-partikel dualismen in, eftersom kvantmekaniken förutsätter vågegenskaper hos små partiklar. Vi måste helt enkelt acceptera att naturen, på den lilla skalan, beter sig på ett sätt som helt skiljer sig från det vi är vana att observera i den "större världen".
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tommy, 37. Fråga 1
Spänningen hos ett batteri brukar jag likna vid elektroners längtan mot pluspol. Det finns jättemånga elektroner som trycker på och därför är spänningen hög. Men minskar spänningen mot slutet av batteriet? Är ett 1,5V batteri bara ett 1V batteri eller ännu lägre mot slutet?
Fråga 2
När en blixt slår ner i en åskledare, märks det i backen efteråt eller "sväljer" jorden så mycket ström att detta går omärkt förbi?
MVH Tommy
Svar: 1: När man beskriver ett batteri i ett kretsdiagram representerar man det med en ideal spänningskälla i serie med ett motstånd som man kallar "inre resistans". När man mäter spänningen mellan polerna med en bra voltmeter går det just ingen ström i kretsen varvid spänningsfallet över batteriets inre resistans är försumbart så att man mäter ett spänningsvärde som svarar mot den ideala spänningskällan. När man däremot belastar batteriet och det går ström genom dess inre resistans får man ett spänningsfall varvid spänningen mellan polerna minskar. Vad som först händer när batteriet blir "gammalt" är att den inre resistansen ökar så att det ger låg spänning vid belastning. Eftersom den spänning man får mellan polerna är beroende av hur mycket ström man tar ur batteriet är det inte speciellt meningsfullt att ange ett värde på spänningen hos ett gammalt batteri.
2: Jorden ses ofta som en oändligt stor ledare som kan ta emot laddning utan att dess potential förändras. Man sätter ofta denna potential till noll, och kallar den för jordpotential. I praktiken har dock marken en viss resistivitet, så när blixten slår ned i en punkt så. kommer den ström som sprids ut från nedslagspunkten att ge upphov till en spänning som varierar enligt Ohms lag i närheten av nedslaget. Det kan alltså vara farligt att stå nära ett blixtnedslag, speciellt om man står bredbent, eftersom man då kan få en hög spänning mellan fötterna som kan driva en farligt hög ström genom kroppen.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Anders: 23: Varför stålar kroppar? Vad jag menar är, vad är det som ger upphov till att fotoner "skjuts" ut från kroppen, t.ex. glödtråden i en glödlampa? Vad är det som får glödtråden att sända ut fotonerna, fotonernas våglängd är ju beroende av trådens temperatur, men varför sänds fotonerna ut?
Svar: Hej Anders. Det finns två mekanismer som ger upphov till strålning: den ena är att en fast kropp sänder ut strålning som är direkt relaterad till dess temperatur, vilket kalls svartkroppsstrålning. Den andra mekanismen har vi när elektroner i atomer går från högre till lägre energitillstånd vilket leder till att de utsända fotonerna har bestämda energier vilket också betyder bestämda våglängder. I det första fallet får man ett kontinuerligt spektrum där våglängden för den maximala intensiteten dock varierar med temperaturen, medan man i det andra fallet får ett linjespektrum där våglängderna för linjerna beror på vilket ämne strålningen kommer ifrån. En vanlig glödlampa är ett exempel på svartkroppsstrålning. All materia består ju av elektriskt laddade partiklar, protoner i atomkärnorna och elektroner runt kärnorna. Temperatur är ett mått på hur mycket materiens smådelar vibrerar, och vibrerande laddade partiklar kan ses som små antenner som sänder ut strålning. Att vibrerande laddningar sänder ut elektromagnetisk strålning kan härledas ur elläran, vilket dock är ganska komplicerat, och utnyttjas också vid utsändning av radiovågor där man använder växelström av hög frekvens för att "skaka på laddningarna" för att få strålning från radioantennen.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Victor, 37: Vad händer om man avfyrar ett kulgevär i rymden och samtidigt skickar iväg geväret i en hastighet nära ljushastigheten? Tanken är att pipan alltså rör sig snabbare än kulan, men kulan måste ju ändå, med tanke på gastrycket från krutgaserna, lämna pipan till slut(annars sprängs geväret). En given laddning av patronen och en given piplängd borde ju ge samma tid för kulan att lämna geväret oavsett omgivningen. Men om jag släpper en boll i ett rör och samtidigt följer med bollens rörelse med röret tar det ju längre tid för bollen att komma ut ur röret. Men i exemplet med kulgeväret har ju kulan gaserna som driver kulan framför sig. Tar det längre tid för kulan att komma ut ur geväret om geväret rör sig? Går tiden långsammare när geväret åker iväg med den höga hastigheten?
Obildad och sömnlös - måste ha svar
/Victor
Svar: Hej Victor. Vi har två koordinatsystem i ditt problem, jorden och pipan. Räknar man klassiskt är kulans hastighet relativt jorden summan av pipans hastighet relativt jorden och kulans hastighet relativt pipan. Räknar man relativistiskt gäller dock inte enkel addition, eftersom kulans hastighet relativt jorden aldrig kan bli högre än ljushastigheten c. Om jag förstår dig rätt är det här du får problem: Om kulans hastighet är lägre än den klassiska beräkningen så säger du att det tar det längre tid för den att komma ur pipan, som kanske sprängs. Det händer dock även andra konstigheter: eftersom pipan rör sig med hög hastighet relativt jorden kommer en jordobservatör att mäta en kortare längd av pipan, en relativistisk effekt som kallas längdkontraktion. Denna effekt kommer precis att kompensera den lägre uppmätta hastigheten, så pipan kommer att klara sig oberoende av i vilket koordinatsystem du väljer att beskriva situationen.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tomas: 44: Hej! Ett rep som är 1 ljusår långt,och man rycker i det,när rör sig den andra änden? Bortse från elasticiteten.
Svar: Bortser vi från elasticiteten så borde den andra änden röra sig samtidigt! - Och det är ju lite anmärkningsvärt och det är förstås därför du ställer frågan. Poängen är att man inte kan bortse från elasticiteten eftersom det är elasticiteten som bestämmer hur fort "rycket" fortplantas till andra änden. Antingen det är ett ryck eller en hoptryckning (vi kan t ex tänka oss en stel stav som vi slår till i ena änden) så är det ljudhastigheten i materialet som är det intressanta. Och ljudhastigheter beror av materialets elasticitet. Är materialet mycket hårt kan ljudhastigheten uppgå till ett par tusen m/s (jfr (mjuk) luft där den är cirka 300 m/s). Då inser vi att det kommer att ta åtskilliga år innan det händer något i snörets andra ände.
Lars-Alfred Engström, universitetslektor i fysik
Karl: Är det någon idé med att tina frysta varor i kylskåpet för att minska strömförbrukningen till kylskåpet? När jag lägger in varor från frysen i kylskåpet blir det en del vatten när den frysta varan tinar. Går det åt energi för att föra bort det vattnet?
Svar: Hej Karl. Både frysskåp och kylskåp är exempel på värmepumpar som överför värmeenergi från ett kallare ställe till ett varmare, alltså precis tvärt emot den riktning som värmeenergi normalt strömmar. Den elenergi som går åt efter nedkylningsfasen används till att "pumpa ut" den värme som läcker in i skåpet samt kompensera för de förluster i maskineriet som alltid finns. Lägger du en fryst vara, som delvis består av is, i kylskåpet så innebär upptiningen att det tillföras värmeenergi till varan dels för att höja temperaturen, och dels för att omvandla isen till vatten. Den här värmeenergin tas först från de omgivande varorna som blir kallare och från den värmeenergi som läcker in. Värmepumpen i kylskåpet kan alltså sluta att arbeta ett tag eftersom den värme som läcker in går åt till att värma och smälta din frysvara samt att höja omgivande varor till den normala kylskåpstemperaturen. Din kyl kommer alltså att dra mindre el om du tinar varorna i den, och att du ser spår av vatten visar att du haft en fasomvandling från fast till flytande vilket också hjälpt till att kyla kylskåpet. Resonemanget ovan har inte tagit hänsyn till hur temperaturen i ditt kök påverkas av om du tinar direkt eller via kylen, men det påverkar inte det faktum att din elnota för kylskåpet blir lägre om du tinar i det.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lars, 69: Om Jordens atmosfär: Borde inte de lättaste gaserna samlas högt upp och vidare i viktordning neråt. T ex vätgas överst. Eller blir det bara en enda blandgas högst upp? Vilka lätta gaser släpper vi människor upp nu för tiden?
mvh Lasse
Svar: Bra frågat! Arkimedes princip, som säger att lättare föremål (eller gaser eller vätskor) flyter upp ovanpå tyngre, gäller inte när man betraktar så små föremål som enskilda molekyler. Om man t ex blandar gaser som består av enskilda molekyler (som alltså inte binds samman i större kollektiv) kommer den lättare inte att flyta upp ovanpå den tyngre. Trots att t ex kvävemolekylerna i luften är lättare än syremolekylerna flyter de inte upp. I stället är det så att koncentrationen av varje molekylslag gradvis avtar när man går upp i atmosfären. (Avtagandet sker exponentiellt.) Detta avtagande går dock snabbare ju tyngre molekylslag det är fråga om. Därför finner man nästan bara vätemolekyler när man går så högt upp i atmosfären att man snarast kommit ut i rymden. Men det beror alltså inte på att vätet flutit upp. Det finns betydligt fler vätemolekyler per volymsenhet här nere vid jordytan.
Om vi däremot samlar gasmolekyler av samma slag i en volym - t ex heliumgas i en ballong - kommer denna att flyta upp enligt Arkimedes princip. Skälet är att dessa heliummolekyler utgör en volym som har lägre massa än samma volym luft. Ibland binds gasmolekyler av samma slag till varandra så att vi, även utan ballong, får ett kollektiv som flyter eller sjunker i luft - gasolmolekyler t ex som bildar ett moln som sjunker till marken eller golvet.Lars-Alfred Engström, universitetslektor i fysik
Fredrik, 16: Är det möjligt att färdas bakåt i tiden? I ljusets hastighet står tiden nästan still har jag läst, och jag undrar då om man åker snabbare än ljuset går tiden så sakta att den börjar gå bakåt? Går det att färdas snabbare än ljuset? Enligt relativitetsteorin går det inte för att ljuset har en konstant hastighet. Men är det teoretiskt möjligt att färdas snabbare än ljuset?
Svar: Enligt Einsteins relativitetsteori kan inget materiellt föremål eller någon strålning färdas fortare än ljushastigheten i vakuum som brukar betecknas c. Däremot finns det inget som hindrar att något färdas snabbare än ljushastigheten i ett genomskinligt material, vilken alltid är lägre än c. Att ljushastigheten i vakuum är en gränshastighet som ej kan överskridas har visat sig stämma i alla hittills utförda experiment, så även om slutsatsen leder till en del mycket märkliga konsekvenser så är det en av den moderna fysikens grundpelare. Att färdas framåt i tiden går i princip och det har även visats i praktiken att atomur som rört sig i flygplan kommer tillbaka till en värld som har åldrats lite mer när de stannar och jämför sin tid med ett stillastående ur. Att färdas bakåt i tiden skulle leda till mycket konstiga konsekvenser, eftersom man skulle kunna förändra redan påbörjade händelseförlopp, och fysiken verkar effektivt förhindra denna möjlighet.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Ruda, 45: I en spegelbild blir höger till vänster och vänster till höger. Men varför i all världen blir inte också upp till ner och tvärtom? Rummet har väl samma egenskaper i alla riktningar.
Svar: Att säga att en spegel byter höger mot vänster är inte helt korrekt, eftersom den axel som byter riktning är den som är riktad in i spegeln. Det är alltså mer korrekt att säga att spegeln byter "framåt mot bakåt". Ta din hand och håll den så att handflatan bildar en rät vinkel mot spegeln och så att fingrarna är parallella med spegeln. Då ser du att fingrarna pekar åt samma håll i spegeln som i verkligheten, men tummen som pekar mot dig i verkligheten den pekar åt andra hållet i spegelbilden.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tomas, 27: Hej! Jag undrar varför det blir en högljudd smäll när man "snärtar" med en piska? Är det en liten "ljudbang" eller något annat?
Svar: Det stämmer att smällen som man hör vid en pisksnärt alstras när den yttersta delen rör sig med överljudshastighet. Att man får en så hög hastighet längst ut på piskan beror på något som kallas rörelsemängdens bevarande vilket innebär att värdet av massan gånger hastigheten kommer att vara densamma. Man sätter materialet i rörelse i den grova delen av piskan där massan är stor men när rörelsen har nått längst ut i spetsen är det en väldigt mycket mindre massa som skall röra sig, därför blir hastigheten hög för att produkten mellan massa och hastighet skall förbli konstant. När så spetsens hastighet överstiger ljudhastigheten får man det karaktäristiska ljudfenomenet som alltså till sin natur liknar den ljudbang som överljudsplan alstrar.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Josefin: Hej! Jag har några frågor kring universum och energi. Om energi inte kan bildas, var kommer den då ifrån? Fanns det energi innan big bang och om inte, hur kunde energin då bildas? Fusionen som sker i stjärnan är väl kärnenergi som blir strålningsenergi, är det den högst formen av exergi och i så fall är det samma sak med fission? Och återigen var kommer då den energin ifrån? Om all energi hela tiden omvandlas till en lägre energi, kommer universum i framtiden bara bestå av värmestrålning? Om oorordningen hela tiden ökar varför kan då galaxer bildas, att materia samlas måste väl vara ett tecken på en ökad ordning? Med vänliga hälsingar Josefin
Svar: Hej Josefin. Det var inte precis några lätta frågor! Vad som fanns "före" och "utanför" Big Bang är egentligen fel ställda frågor eftersom både tid och rum lär ha skapats vid detta tillfälle (fast ordet "tillfälle" beskriver ju en tidpunkt, så du ser att hela vår begreppsapparat har svårt att beskriva en sådan händelse). När det gäller frågor om alltings ursprung så är nog "Fråga Forskare" helt enkelt inte rätt frågelåda eftersom den typen av frågor inte behandlas av naturvetenskapen utan snarast är filosofiska och/eller religiösa spörsmål.
Vad gäller energi och entropi har dock fysiken en hel del att säga. Enligt den speciella relativitetsteorin är materia och energi ekvivalenta storheter som kan omvandlas mellan sig, och den mest påtagliga effekten av detta är just kärnklyvning (fission) och fusion som vi människor lyckats behärska, om än i ganska primitiv form än så länge. Summan av materia och energi, relaterade enligt E=mc^2, där m är massan och c^2 står för ljushastigheten i kvadrat, är alltså konstant i universum. Man kan alltså tänka sig Big Bang som ett tillstånd av oändlig energitäthet som sedan sprids ut allt mer under bildandet av materia. Termodynamikens 2:a huvudsats säger vidare att entropin (oordningen) enbart kan öka eller vara konstant i ett slutet system. Konsekvensen av detta på universum i sin helhet behöver dock inte innebära att den rumsliga ordningen av materia minskar, eftersom man även måste ta hänsyn till den entropi som energin har. Istället för ökad rumslig oordning ser man ju hur elementarpartiklar bildat atomer, atomer bildat molekyler och kristaller etc, vilket allt är tecken på ökad rumslig ordning. Universums slutliga öde är också kopplat till om dess utvidgning kommer att fortgå för evigt, eller vända och slutligen minskar pga gravitationens sammandragande effekt. De senaste årtiondenas astronomiska forskning pekar mot ett ständigt expanderande universum.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Richard, 14: Värme är molekyler som "vibrerar" rör på sig? Och i rymden finns det ingen luft? Då borde det väl vara omöjligt att det kan vara kallt i rymden eftersom att det inte finns några molekyler som kan "röra på sig", det borde vara någon slags neutral temperatur så som det borde vara i alla andra vakuum? Hur kan det komma sig att det i så fall inte är kallt i en flaska som jag snabbt pumpar ut luften ur, det är fortfarande rumstemperatur i flaskan, eller är det?
Svar: Du har helt rätt i att temperaturbegreppet är knepigt att tillämpa i rymden, eftersom temperaturen anger medelenergin hos partiklar av något slag. Vad man däremot kan göra är att tala om vilken jämviktstemperatur en yta hos ett materiellt föremål skulle anta om det fick vara på något bestämt ställe i tomrummet. Om du har ett föremål inuti en evakuerad flaska i ett laboratorium skulle värmestrålningen från väggarna göra att föremålet snart antog väggarnas temperatur. Alla föremål med en temperatur över absoluta nollpunkten sänder ut elektromagnetisk strålning med en karaktäristisk våglängdsfördelning, en effekt som kallas svartkroppsstrålning, och absorberar också strålning från omgivningen. Förr eller senare kommer alltså temperaturjämvikt med omgivningen att infinna sig. Om du har ett föremål ute i världsrymden kommer jämviktstemperaturen alltså att bero av avståndet till de himlakroppar som sänder ut strålning samt bero på om ytan ifråga vänder mot strålningskällan eller ej. Även om man lyckas skärma av strålningen från alla tänkbara observerbara källor så skulle man erhålla en temperatur av 2,7 K (dvs 2,7 grader över absoluta nollpunkten) pga den kosmiska bakgrundsstrålningen som är ett minne av universums födelse för 13,6 miljarder år sedan.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Olof: Hej! Jag bor på 4:e våningen i ett hus. Jag skulle vilja veta vilken hastighet jag skulle ha när jag landar om jag skulle hoppa ut från balkongen.
Svar: Jag antar att höjden är 12 m, vilket innebär att din hastighet vid islaget skulle vara
v = roten ur(2gh) där g är tyngdaccelerationen (9,81 m/s^2) och h är höjden i meter. Med insatta värden blir det 15,3 m/s eller 55 km/tim. I denna beräkning har jag inte tagit hänsyn till luftmotståndet, så den verkliga hastigheten blir något lägre. Under alla omständigheter en obehaglig hastighet att möta marken med!Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Mathias, 15: Varför kan man se saker som själva inte utsänder något ljus?
Svar: Även sådant som inte själv sänder ut ljus kan återkasta ljus som kommer från en ljuskälla, vilket man kallar reflektion. Man kan säga att ljuset från den ursprungliga källan studsar när det träffar ett annat föremål. Eftersom olika material reflekterar ljus av olika våglängd olika bra så kommer de att se ut att ha en viss färg när den ursprungliga ljuskällan är vit (att en ljuskälla är vit innebär att dess ljus är en blandning av alla färger).
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lars, 29: Hej! Ang. Van Der Graaf Generator (VDGG): Följande antages: en person ställer sig på ett isolerat underlag och tar på en VDGG:s kupol med höger hand, VDGG:n startas => personens hår laddas => håret reser sig. Nu är min fråga: går det -under dessa förutsättningar en ström i personens högerarm, från höger hand till huvudet och håret? M.a.o: kan det gå en ström i en öppen slinga?
Svar: Ja, under uppladdningsförloppet flyttar sig laddningarna från generatorn över till personen som laddas upp, så man får en kortvarig strömpuls. Eftersom personen då får en överskottsladdning kommer dessa extraladdningar att sätta upp ett fält som har motsatt riktning mot det som generatorn alstrar, och balans inställer sig raskt. När balans uppstått är det elektriska fältet i alla ledare i systemet noll och alla laddningar har intagit sina jämviktspositioner, vilket innebär att man har en elektrostatisk situation.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Daniel, 16: En isotop utav bly med masstalet 204 väger 203,97u. Hur är det möjligt när både protoner och neutroner väger över 1u?
Svar: Hej Daniel. Det beror på att det är inte bara massa som väger, även energi kan sägas ha vikt enligt Einsteins berömda formel E=mc^2 där m är masa och c ljushastigheten i vakuum. När du sätter ihop blykärnan av 82 protoner (väger 1,0073 u styck) och 122 neutroner (väger 1,0087 u styck) skulle massan ha blivit 205,66 u om det bara var att addera massorna. Den verkliga vikten är som du anger 203,97 u, så det blir en skillnad på 1,69 u. Var kan denna massa ha tagit vägen? När partiklarna kommer tillräckligt nära varandra dras de samman av en oerhört stark attraktiv kraft vilket gör att deras potentiella energi (lägesenergi) minskar varvid de avger strålning. Denna avgivna energi (ca 1,6 GeV) svarar precis mot masskillnaden 1,69 u. De energier som kan utvinnas genom att mixtra med atomkärnor är ca en miljon gånger större än den som kan utvinnas genom att ändra en atoms kemiska bindningar vilket förklarar varför kärnvapen har en så oerhört mycket värre effekt än kemiska sprängämnen.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Olov, 27: Om man dyker ner till 100m djup och fyller en pet-flaska med vatten och sedan skruvar på korken, vad händer då när man tar upp flaskan till ytan? Kommer vattnet i flaska att vilja expandera och vattnets densitet att minska, eller kommer densiteten att vara den samma?
Svar: Eftersom vattens kompressibilitet är så låg, så kommer det inte att märkas någonting. En tryckändring som svarar mot 100 m vattendjup, dvs ca 10 bar svarar mot en relativ volymändring av ca 6 x 10^-4 vilket lätt tas upp av elasticiteten i plastflaskans väggar.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tobias, 25: Jag är knappast någon fysiker själv, men har en fråga om kärnkraft. Varför finns det inget alternativ till att slutförvara använt kärnbränsle, skulle man inte kunna klyva atomerna några fler gånger (kontrollerade fissionsreaktioner), och på så sätt få fram stabila ämnen (och därmed minska halveringstiden betydligt)? Det kan ju inte vara så mycket dyrare och farligare än nuvarande alternativet i alla fall...
Svar. Hej Tobias. Det pågår forskning som syftar till att omvandla det aktiva avfallet till mindre farliga ämnen med kortare halveringstid med hjälp av intensiv neutronstrålning från s.k. spallationskällor som utnyttjar acceleratorer. I princip kan man ju även tänka sig andra exotiska lösningar som att sända iväg det aktiva avfallet med en raket till solen. Eftersom huvudspåret är slutförvaring i stabila geologiska formationer så anser man dock för närvarande att detta är den mest realistiska och ekonomiska lösningen.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Andreas, Hans och Cecilia. 30, 30, 19: Hej, Vi har suttit och funderat i några timmar på hur fort man skulle kunna resa hem ifrån Teneriffa teoretiskt utan att tycka att gravitationen känns för obehaglig. Vi lyckas tyvärr inte få fram ett svar men hoppas att ni kan hjälpa oss. Det skulle vara väldigt intressant eftersom om restiden kunde bli kortare mellan olika platser på vår jord så skulle avståndet känns kortare. Det skulle medföra att man kunde få flera vänner ifrån andra platser. Sedan skulle vi även kunna somna utan att behöva ligga och grubbla på det här hela nätterna =)
Vi tänkte oss att vi ökar hastigheten i ungefär 5g (/s?), vilket borde vara en rätt ok acceleration att uthärda. Är 5g lika som 6 x 9,82m/s? Avståndet mellan Teneriffa, där vi är nu, till Linköping är i runda tal 400mil. Om vi då accelererar i 200mil för att sedan bromsa in i 200mil. Hur lång tid skulle det ta innan man var framme? Och en annan intressant fråga är vilken hastighet man är uppe i efter 200mil?
Vi skulle vara mycket tacksamma för ett svar, även fast det här kanske inte är rätt ställe att ställa frågan. Vi vet dock inte vart vi skall ställa frågan annars och själva lyckas vi inte räkna ut det.
Med vänlig hälsning
Andreas, Hans och Cecilia.
Svar: Hej på er. 5 g svarar mot att man accelererar 5 x 9,8 m/s^2. Du kommer då att uppleva samma kraft i horisontalled som den kraft som drar dig mot jorden om du rör dig parallellt med jordytan. Formeln är mycket enkel och om vi kallat sträckan för s, accelerationen för a och tiden för t så är grundsambandet s=at^2/2 under förutsättning att man startar från stillastående. Eftersom man här retarderar med samma belopp som man ökar hastigheten så kommer den tid det tar att komma fram att vara dubbelt så lång som den tid det tar att komma halvvägs, alltså 200 mil. Löser vi ut t ur ekvationen ovan erhålls t=roten ur(2s/a) =roten ur(2 x 200x10^4/(5 x 9,8))=286 s = 4,8 minuter. Det skulle alltså ta 9,5 minuter att komma fram, och högsta hastigheten blir 286x(5 x 9,8)=1,4x10^4 m/s = 50.000 km/tim. Eftersom dessa hastigheter kräver vakuum så kan ni ju borra tunnlar genom jorden så att sträckan minimeras också. Men charterturisterna får nog ha ganska god fysik om de skall acceptera att accelerera med 5g, vilket innebär en man på 100 kg skulle erfara samma krafter som om han vägde ett halvt ton här på jorden!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Martin,16: Hej, jag undrar hur ljud färdas under vatten till skillnad från hur det fördas på land och varför. Jag undrar också vilken materia som samarbetar bäst med ljud och ljus. Då är syftet att ljudet och ljuset ska färdas vidare.
Svar: Hej Martin. Ljudvågor kan fortplanta sig i både gas, vätska och i fasta ämnen. För de flesta fall gäller att ljudhastigheten är högst i fasta ämnen, och lägst i gaser medan vätskor ligger däremellan. En principiell skillnad är att i fasta ämnen kan atomerna svänga både i ljudvågens riktning (longitudinell våg) och vinkelrätt mot denna riktning (transversell våg) medan vätskor och gaser enbart kan svänga longitudinellt. Ljusvågor är av helt annan sort än ljudvågor, och tillhör den typ av strålning som kallas elektromagnetisk och som också innefattar radiovågor och röntgenstrålning. I de elektromagnetiska vågorna är det elektriska och magnetiska fält som varierar, och eftersom sådana kan förekomma även i vakuum så kan ljus och andra elektromagnetiska vågor fortplanta sig även i tomrum.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Linnea, 17: Om jag står 20 centimeter ifrån en spegel och tittar på mig själv, är det som att jag tittar på någon 40 eller 20 cm ifrån mitt ansikte, eller går det inte att jämföra?
Svar: Hej Linnea. Den bild du ser av dig själv i en plan spegel hamnar lika långt bakom spegeln som du står framför spegeln, så i ditt fall är spegelbilden 40 cm från ansiktet. Det är dock något lurigt med spegelbilden, eftersom den inte ser riktigt likadan ut som om du hade gått och ställt dig bakom spegeln. Bilden är spegelvänd, vilket man ibland hör beskrivas som att vänster och höger bytt plats, vilket egentligen är missvisande. Om du tänker dig att ett föremål har utsträckning längs tre vinkelräta axlar, höger-vänster, upp-ned respektive fram-bak, så är det den sista, fram-bak, som spegeln ändrar riktning på vilket gör att spegelbilden känns "lite konstig" trots att likheten med originalet är stort!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Hans, 45: En person påstår att elektronvandringen i tex en kopparledning rör sig med ljusets hastighet. Själv har jag lärt mig att det är det elektriska fältet som rör sig med ljusets hastighet medans elektronerna i metaller rör sig mycket saktare. Hur är det med detta..?
Svar: Hej Hans. Du har rätt. Ledningselektronernas medelhastighet i strömmens riktning, som brukar kallas drifthastighet, är förbluffande låg, ofta mindre än 1 mm/s! Hastigheten hos deras slumpmässiga rörelse i metallen är däremot hög ca 10^6 m/s, Det elektriska fältet sprider sig, som du nämner, oerhört snabbt längs ledaren, och det är denna signalutbredningshastighet som är den väsentliga för de flesta tillämpningar.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Eveliina, 20: Hej. Hästhagar brukar ju vara inhägnade med trådar som det går elektrisk ström igenom. När man då öppnar "grinden" och trådarna kommer i kontakt med marken uppstår ett knäppande ljud - varför? En bekant sa till mig att jag skulle lyfta trådarna från marken när jag skulle ta ut en häst ur hagen för strömmen leds tydligen genom marken till hästens hovar som tydligen är tillräckligt känslig för att känna "stötar". Är det sant?
Svar: Hej Eveliina. Elektriska stängsel har relativt hög spänning, ca 5000-10.000 volt, men kan endast ge svaga strömmar och är därför obehagliga men ej farliga att beröra. Ljudet du hör när tråden berör marken är troligen en liten gnista som alstras mellan ledaren och marken precis innan de berör varandra. Det låter inte orimligt att en häst skulle kunna känna att ett stängsel är jordat alldeles i närheten eftersom det flyter en ström i marken kring jordpunkten. Om resistansen i marken är den rätta kan man tänka sig att det kommer att uppstå en spänning mellan de punkter där hästens hovar befinner sig så att den kan reagera.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Magnus, 37: Hej. Två frågor.
1. Om man plötsligt skulle rycka bort solen, skulle då jorden omedelbart sticka iväg i tangentens riktning, eller skulle det ta en liten stund (ca 8 min)innan den reagerade på gravitationsbortfallet (ljusets hastighet).
2. Om man skulle komma in i ett rum med vakuum. Skulle då andningsorganen fortfarande kunna fungera, eller behövs lufttrycket för att kunna fylla lungorna?
Tack för en trevlig sida! Magnus
Svar: Hej Magnus. 1. Inga impulser kan röra sig snabbare än ljushastigheten i vakuum, vilket gäller även gravitationens inverkan, så det skulle som du antar ta ca 8 minuter innan vi vart varse att solen försvunnit, hur nu det skulle ske.
2. Att utsättas för vakuum innebär att man dör inom ca 90 sekunder och förlorar medvetandet efter endast 10 sekunder enligt information på nätet. Det inre trycket i kroppen gör att man sväller upp, och luften i lungorna skulle pressas ut.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Erik, 39: Hej! Finns det något ämne som blir kallare när man tillför ström?
Eller finns det något ämne som blir kallare av vinddrag? m v h Erik
Svar: Hej Erik. Om man kontaktar ämnen av lämpliga material med varandra och driver en ström igenom kontaktområdena så kan man få en effekt där det ena kontaktområdet värms medan det andra kyls. Största effekten fås om man använder vissa halvledarmaterial. Detta kallas Peltier-effekten och används ofta för kylning i frysväskor och elektronikkomponenter.
Om ett objekt kyls av vinddrag beror av två saker. Dels kan vinden direkt kyla objektet om lufttemperaturen är lägre än objektets, dels kan den ge upphov till avdunstning om objektet är fuktigt. När vätska övergår till gas så åtgår det värme vilket leder till en temperatursänkning. Det är detta som naturen använder sig av när vi svettas.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Pernila, 41: Varför klibbar alltid plastfolie ihop sig i sig själv när man river av en bit från en rulle?
Svar: Vad som händer är att när plastfolien dras av rullen så erhålls en viss obalans i mängden positiva och negativa laddningar på ytan. Vissa delar av ytan kommer alltså att få ett litet överskott av + laddning, medan andra får ett litet överskott av - laddning. Eftersom lika laddning stöter bort varandra medan olika laddning attraherar varandra kommer du att få de lustiga och ofta besvärande beteendet hos plasten. Om du har en isolator som är uppladdad kommer du även att märka att den kan attrahera andra ämnen som ej är uppladdade, vilket sker genom en process som kallas induktion, och innebär att den laddade kroppen gör att det blir en viss laddningsförskjutning i en närbelägen oladdad kropp. Ett exempel på detta är att när man drar en plastkam genom håret så kommer den att kunna dra till sig små pappersbitar.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Milla, 23: Hej! Jag undrar hur det går till då man får en stöt av ett elstängsel, och varför man inte får det om man står på någon form av isolator? Önskar dessutom gärna en förklaring av hur det går till om man, mot förmodan, skulle få en stöt av en elledning?
Mvh
Svar: Vad som är farligt är om det går en för stor ström genom kroppen. Sambandet mellan ström (I), spänning (U) och motstånd (R) ges av Ohms lag I=U/R. Motståndet R i kroppen kan variera mycket beroende på mellan vilka punkter man mäter och om huden är torr eller ej så värden mellan 1000Ohm och 1000.000 Ohm är realistiska. Om man t.ex. kommer i kontakt med en ledare som har spänningen 5000 V och motståndet är 10.000 Ohm så blir strömmen 0,5 A vilket är dödligt. Ett elstängsel kan ha en spänning på 5000 V, så varför är det inte farligt utan endast obehagligt? Jo, därför att spänningskällan det är anslutet till kan inte upprätthålla spänningen 5000 V när man håller i det eftersom den ström det kan ge är begränsad till ett säkert värde. En tillräcklig ström för att det skall vara obehagligt kommer dock att gå genom kroppen. Om du står på en isolator så har du ett mycket stort motstånd som strömmen måste gå igenom, så den blir då helt försumbar.
Att få en hög ström genom kroppen kan allehanda obehagliga effekter, muskelkramper när nervsystemet påverkas, hjärtrytmstörningar, inre brännskador, kemiska förändringar etc.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Linnea: Hej!
1. Hur kan man genom luminiscens öka ljusets våglängd?
2. Om man sänder vitt ljus genom vätgas, varför kan man inte få gasen att lysa? Exciteras inte atomerna?
Svar: Hej Linnea.
1) Den process som innebär att ett ämne absorberar en foton och sedan snabbt sänder ut en ny foton av längre våglängd kallas fluorescens och är en av flera typer av luminiscens. Vad som händer är att den exciterade atomen går tillbaks till sitt grundtillstånd via flera steg, varvid varje steg måste svara mot en lägre fotonenergi än den som orsakade fluorescensen. Eftersom lägre energi svarar mot längre våglängd så kommer det utsända ljuset att vara mer förskjutet åt det långvågiga (röda) hållet i spektrat.
2) Om du sänder vitt ljus genom vätgas så kommer det att leda till att atomerna exciteras. Speciellt så kommer den elektron som befinner sig i n=2 tillståndet att exciteras när det gäller synligt ljus, och när denna plats sedan fylls så kommer spektrallinjer i den s.k. Balmerserien att synas. Om du betraktar en vit ljuskälla med vätgas mellan dig och ljuskällan så kommer våglängderna som svarar mot dessa linjer att framstå som mörka linjer i spektrat, du får ett absorptionsspektrum. Ett skäl till detta är att det ljus som sänds ut när det inre elektronskalet fylls kommer att sändas ut med samma intensitet åt all håll, så bara en liten del kommer att ha samma riktning in mot spektrometern som det vita bakgrundsljuset. Mätte du istället upp ett spektrum från gasen med 90 graders vinkel mot det vita ljusets strålgång så skulle du se ljusa spektralliner, dvs ett emissionsspektrum. Absorptionsspektran är vikiga i astronomin eftersom de ger information om vilka ämnen som finns i stjärnornas och solens atmosfär.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Yvonne, 50: 1) Går det att styra raketer och rymdsonder (för det är väl vakuum i rymden?) ???? Förklara gärna hur det går till!
2) Jag har läst att det teoretiskt borde gå att resa framåt i tiden! Hur skulle det gå till????
Svar: Hej Yvonne. 1) Att styra farkoster i rymden går bra, och är en förutsättning för de rymdfärder som har gjort sedan Gagarin flög runt jorden. Man använder samma princip som för att skjuta upp raketen, nämligen reaktionsprincipen som innebär att man sänder ut en stråle av gas i en riktning vilket enligt fysikens lagar ger en reaktionskraft i andra riktningen enligt lagen om rörelsemängdens bevarande.2) Att resa framåt i tiden är i princip inget problem, eftersom en resenär som färdas med hög hastighet ifrån en stillastående kamrat och sedan återvänder kommer att ha åldrats mindre är kamraten, så vederbörande tycker sig har rest framåt i tiden. Denna effekt är en konsekvens av Einsteins relativitetsteori och har experimentellt visats t.ex. genom att flyga runt med atomur med hög precision. I praktiken är det dock inte så lätt att göra några längre "tidsresor" eftersom de hastigheter man måste upp i närmar sig ljusets.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jonas, 23: Jag undrar vad magnetfält egentligen är. Det står överallt att de som bekant alstras av ström, dvs laddade partiklar i rörelse, exempelvis elektroner, men vad för slags partiklar består själva magnetfältet av? Hittade på ett skotskt universitets hemsida att magnetfält är fotoners bana för att upprätthålla elektronsnurret i en magnet. Men fotoner är ju masslösa, kan dom vara skadliga?
Svar: Hej Jonas. Enligt den klassiska bilden så alstras ett magnetfält av laddningar i rörelser, och magnetfält påverkar i sin tur laddningar bara om de befinner sig i rörelse. Man inser dock att den här förklaringen inte kan vara hela sanningen, eftersom rörelse är ett relativt begrepp. Vad den ene observatören tycker är en laddning i rörelse tycker en annan (som har lika rätt) är en stillastående laddning, så den ene borde uppmäta en kraft på laddningen om det fanns ett magnetfält men inte den andre! Detta var ett av de problem som Einstein brottades med, och som låg bakom formuleringen av den speciella relativitetsteorin 1905. Om man gör en relativistiskt korrekt analys av situationen så kommer båda observatörerna att mäta samma kraft (vilket är det viktiga), men den ene kommer att tolka det som om den kom från en kombination av ett magnetfält och en elektrostatisk kraft medan den andre kommer att tolka den som enbart en elektrostatisk kraft. Detta betyder att magnetfält och elektriska fält egentligen är en manifestation av samma fenomen, och det är därför man inom den teoretiska fysiken inte skiljer dem åt utan talar om "elektromagnetism". Inom partikelfysiken används ofta ett ganska abstrakt synsätt där krafter förknippas med en överföring av "virtuella partiklar", och där är det fotonen som överför den elektromagnetiska kraften.
Du frågar även om fotoner kan vara farliga trots att de är masslösa, och svaret är definitivt "ja". Inom det elektromagnetiska spektrat finns många våglängder (dvs. fotonenergier) som är farliga. Alla fotoner som har högre energi än ljus (dvs UV och uppåt) kan jonisera atomer och molekyler vilket kan leda till allvarliga biologiska effekter. Även lägre fotonenergier kan vara farlig eftersom den kan orsaka värme, antingen direkt i form av värmestrålning eller indirekt som mikrovågsstrålning.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jonas, 23: Apropå tvillingparadoxen. Att man med hjälp av den allmänna relativitetsteorin kan konstatera just vilken av tvillingarna som är äldst efter en snabb resa just pga av accelerationerna, tycker jag borde lida av samma sak som i den speciella relativitetsteorin; båda kan väl anse att det är den andre som accelererar?
Borde inte tvillingparadoxen kompletteras med Machs princip eller liknande, att den som räknas som den accelererande är den som accelererar genemot ett referenssystem, som på något sätt är fixt hela universums (eller galaxens i fråga) övriga massa?
Svar: Hej Jonas. Det "paradoxala" med tvillingparadoxen är ju som du antyder att om man tillämpar den speciella relativitetsteorin (RT) utan att ta hänsyn till att den ena tvillingen accelererar tre gånger under sin resa, så kan man hävda att man skulle kunna betrakta den resande tvillingen som stationär och alltså visa att båda är yngre än sin tvilling. Så fort man har konstaterat att tvillingarnas situation ej är symmetrisk så försvinner paradoxen. Problemet kan lösas både inom den speciella och den allmänna RT. I den speciella RT har man fortfarande kvar det "absoluta rummet" som avgör om en kropp accelererar eller ej, så här är asymmetrin en direkt konsekvens av att ena tvillingen accelererar. I den allmänna RT har man visserligen gjort sig av med det "absoluta rummet", men asymmetrin mellan tvillingarna kvarstår ju, den ena tvillingen upplever tröghetskrafter (vilket tvillingen inte kan skilja från ändringar i gravitationen enligt allmänna RT), medan den kvarvarande tvillingen inte upplever något sådant. Att komplettera allmänna RT med Machs princip behövs ej för detta resonemang. Kopplingen mellan Machs princip och allmänna RT är annars mycket intressant, eftersom Einstein inspirerades av Ernst Mach vid formuleringen av allmänna RT, och trodde att den skulle inkorporera Machs princip. Så tycks det dock inte vara, så att den fundamentala frågan om kopplingen mellan universums massfördelning och tröghetskrafterna är såvitt jag förstår fortfarande olöst.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kristina och Lena: 19 och 59: Hej! När vi var på stranden och det började dra ihop sig till åska oväder, blev vårt hår statiskt. Vad berodde det på? Var det farligt att vistas där då? Varför försvann det när vi kom i skogen? Tacksamma för svar! //Lena och Kristina
Svar: Hej Kristina och Lena. Att ert hår vart statiskt beror på att det var en hög elektrisk fältstyrka där ni stod på grund av åskmolnen. Vid ett åskväder får man en obalans mellan + och - laddning i atmosfären som kan leda till oerhört starka elektriska fält, och det är denna obalans som ger upphov till blixtarna som uppkommer när laddningarna flyttar på sig för att utjämna obalansen. Den statiska elektricitet ni upplevde minskade troligen i skogen eftersom det elektriska fältet där var som starkast alldeles ovanför trädtopparna. Att uppleva den här sortens fenomen är en klar varningssignal att ett blixtnedslag kan komma att ske, så man bör genast flytta på sig, in i en bil eller bort från skarpa terrängformationer eftersom de är utsatta för extra starka fält. I den lärobok jag använder i ellära finns ett foto av en kvinna som stod på en utsiktspunkt vid ett åskväder med sitt långa hår på ända. Några minuter efter att hon lämnat platsen slog blixten ned och dödade flera personer. Ha respekt för åskan!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Per, 37: Hej!
Har en fråga angående kärnkraft och strålning. Ofta diskuteras det kring hur farlig strålningen är. Men "strålningen" är väl inget vi skapar när vi anrikar uran etc. Finns inte strålningen naturligt i uranet i jorden och det vi gör är att vi "samlar" mkt strålning på ett ställe när uran används i ett kärnkraftverk? Tacksam för svar
Svar: Hej Per. Det stämmer att man inte ökar den totala mängden radioaktivt material, och därmed strålningen, genom anrikning eftersom man då endast ökar halten av den radioaktiva isotopen U235. Det som händer inne i reaktorhärden när det anrikade bränslet klyvs ger däremot upphov till en oerhört stor mängd nytt radioaktivt material, så processen är långt ifrån ett "nollsummespel" vad gäller radioaktivitet! Vad som händer är dels att urankärnorna klyvs varvid de bildas dotterkärnor som är radioaktiva. Det alstras även stora mängder neutroner som kan alstra radioaktivitet hos de material de träffar vilket leder till att det mesta av konstruktionsmaterialet inne i en reaktor blir radioaktivt. Det är inga små mängder radioaktivitet det rör sig om, vilket världen vart varse när Tjernobyl exploderade och släppte ut sitt dödliga innehåll över stora delar av Europa.
Ragnar Erlandsson, professor i Fysik
Anders, 10: Hej! Kan någon enkelt - förklara vad hästkraft är. Är det när man lyfter 100 kg 1 meter upp i luften på en sekund????
hälsningar Anders
Svar: Hej Anders. Du har nästan rätt, en hästkraft (hk) är den effekt man måste utveckla för att lyfta 75 kg 1 meter på 1 sekund. Hästkraft är en äldre effektenhet som egentligen inte bör användas nuförtiden, men den lever kvar speciellt för att ange bilmotorers effekt. Den enhet för effekt som man använder inom fysik är annars Watt som förkortas W (eller kW som betyder 1000 W). 1 hk = 735 W. För att komplicera saken ytterligare finns det sedan olika sorters hästkrafter när man anger en motors effekt vilket beror på att det finns olika standarder för hur mätningen skall gå till.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Johan , 40: På en bil som står under bar himmel behöver man ofta skrapa frost på höstmorgnarna. Om däremot bilen står under en carport är rutorna vanligen isfria. Vad beror detta på?
Svar: Frågan är mycket rimlig att ställa. I förstone tycker man ju att det borde vara lika kallt under en carport som utanför - det saknas ju väggar och luften kan blåsa rakt igenom. Förklaringen ligger i att luftens temperatur inte behöver vara densamma som ett föremåls temperatur. På dagen när solen gassar vet vi ju att svarta föremål kan bli så varma att man bränner sig trots att lufttemperaturen är ganska beskedlig. Luften är i stort sett genomskinlig och tar inte upp så mycket av solens strålar. Under en klar natthimmel blir det tvärt om - svarta föremål strålar ut effektivare* andra föremål och kan därför bli betydligt kallare. Förenklat kan man tänka sig ett schackbräde som läggs ut under bar himmel. När solen gassar blir de svarta rutorna varmare än de vita. Under den stjärnklara natt himlen blir det tvärt om. Den strålning vi nu talar om - den brukar benämnas värmestrålning, svartkroppsstrålning eller temperaturstrålning - är elektromagnetisk till sin natur.
Beroende på strålningens frekvens talar man om radiovågor, infraröd strålning, synligt ljus, ultraviolett strålning, röntgen och gammastrålning. Föremål som absorberar mycket bra (är svarta) i ett frekvensområde behöver inte vara det i andra delar av spektret. Bilens glasruta är t ex mycket svart i infraröda området medan den ju är ganska genomskinlig i det synliga. Här finner vi alltså förklaringen till att en vindruta under bar natthimmel kan bli så kall att vi måste skrapa frost - trots att lufttemperaturen kan vara flera grader över noll. Vattenpölar är också svarta i infraröda området. På öppna platser kan de bilda is under morgontimmarna trots att termometern visar plusgrader. Poängen med en carport är den skär av strålningskontakten mellan den kalla natthimlen och vindrutan. Den strålning som utsänds från vindrutan tas emot av carportens tak. Carporten strålar sedan i sin tur så att en stor del av strålningen kommer tillbaka till vindrutan.
Om natten i stället varit mulen behöver man oftast inte skrapa rutan. En mulen himmel är en effektiv carport. Och om bilvägen är omgiven av höga träd eller hus behöver det inte bli is på vattenpölarna - omgivande träd och hus fungerar också som en carport. Den växthuseffekt som nu är på allas läppar kan också ses på detta sätt. Vattenånga och koldioxid i atmosfären gör att den blir ogenomskinlig på vissa frekvenser i det infraröda området. Växthusgaser kan alltså ses som en slags carport också.* Ett föremål som är bra mottagare av strålning MÅSTE också vara en bra utstrålare. Vore det inte så skulle ju ett svart och ett blankt föremål, som stängs in i samma mörka garderob, få olika temperatur. Och då kan vi i princip låta temperturskillnaden driva en värmemotor. Därmed skulle alla våra energiproblem vara lösta. Men SÅ bra får det inte vara - det är för bra för att vara sant.
Lars Alfred Engström, universitetslektor i fysik
Hatice, 16: Vad står formeln E=m x c2 för? hur hänger den ihop med atombomber och kärnkraftverk??
Svar: Hej Hatice. Den berömda formeln du hänvisar till angavs av Albert Einstein och visar att materia (dvs. massa) kan överföras till energi och tvärtom, vilket var något helt nytt när det presenterades i början av 1900 talet. E står alltså för energi, m för massa och c är ljushastigheten i vakuum. Formeln gäller i princip för alla fall där energi utvinns ur materia, alltså även vid kemiska reaktioner, men massförändringarna där är så små att de ej går att mäta. I de processer som äger rum i en atombomb eller ett kärnkraftverk blir effekten lite mer påtaglig, och man kan genom att räkna på atomvikten för de ämnen som är utgångsprodukter och de ämnen som blir resultatet av reaktionerna direkt få fram en masskillnad som svarar mot den utvecklade energin.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tomas, 55: Såvitt jag förstår, så finns det hörlurar som "släcker ut" inkommande ljud från omvärlden genom att generera "spegelljud" till det ljud som läcker in. Amplituderna tar s.a.s. ut varandra. Jag har ännu inte sett något motsvarande för rum eller lägenheter (eller t.ex. bilar eller flygplan). Finns det några självklara tekniska hinder som en lekman inte förstår. Affärsidén verkar annars utmärkt... själv bor jag centralt och skulle uppskatta en sådan ljudsläckare nu när mc-säsongen startar...
Svar: Hej Thomas. Efter en snabbsökning på nätet (sökord: active sound control, active noise control) får jag ett intryck av att det mesta som presenteras är forskningsresultat, men det finns även företag som säljer lösningar av den typ du nämner, bl a BBN technologies som tydligen säljer till US Navy. Vartefter datorkraft minskar i kostnad kan man nog vänta sig att dessa system kommer att bli allt vanligare.Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lina, 27: Hej! Jag undrar om man med säkerhet kan veta att en soppa som kokar håller 100ºC? Påverkas kokpunkten av vad man tillsätter vattnet? Jag har hört att en saltlösning tar längre tid att koka upp, men ändras då även kokpunkten precis som den gör vid tryckförändringar?
Svar: Hej Lina. Det stämmer att en saltlösning kokar vid något högre temperatur än helt rent vatten. Jag har sett uppgiften att kokpunkten ökar 0.5 grader Celcius om man adderar 58 g salt per liter vatten, så effekten är inte så stor. Även lufttrycket påverkar kokpunkten men jag skulle tro att båda dessa effekter är för små för att ha några praktiska effekter.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Morgan, 35: Hej ska bara kolla med er? om men har två punkter i i cirkel en längst ut å en lite längre in har då dessa samma hastighet då dom snurrar ett var per minut eller hur är det?
Svar: Hej Morgan. Hastighet är sträcka delat med tid, så om ett hjul roterar med ett konstant antal varv per minut, så kommer en punkt längre ut från hjulets centrum att ha en högre hastighet än en punkt längre in, eftersom omkretsen ökar med radien (O = 2*pi*R där O är omkrets och R radien) medan tiden för att gå ett varv är densamma. Om man anger varvtalet X i sorten varv per minut och avståndet från centrum i meter så blir en punkts tangentiella hastighet v = 2*pi*R*X med sorten meter per minut.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Ove: Hej! En fråga om hur ett gevärs/pistolskott uppför sig i rymdens vakuum har uppstått. Jag tror skottet fungerar alldeles utmärkt, medan min vän är av den uppfattningen att skottet inte fungerar utan omgivande luft. Vem av oss har rätt? eller ingen av oss!.
Svar: Hej Ove. Du har rätt, ett eldvapen skulle fungera alldeles utmärkt i rymdens vakuum under förutsättning att alla mekaniska rörliga delar var smorda så de inte kärvade. Den kemiska reaktionen som äger rum när krutet exploderar kan ske eftersom den inte behöver någon syretillförsel utifrån. Detta beror på att krutet i sig innehåller det oxidationsmedlet som krävs.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kurish, 18. Varför anses förbränning av fossila bränslen som smutsig men inte förbränningen av energiskog?
Svar: När gröna växter som t.ex. skog växer så upptar de koldioxid från atmosfären i den process som kallas fotosyntes där koldioxid och vatten tillsammans med solenergi omvandlas till socker och syre. När man bränner upp skogen frigörs samma mängd koldioxid som bundits när trädet växte upp, så det blir ingen nettotillförsel. Kol och olja kommer visserligen också ursprungligen från växter, men de levde för milliontals år sedan så den koldioxid som då bildas ingår inte i något kretslopp utan ger ett direkt tillskott av koldioxid till den atmosfär vi har nu.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Ann-Sofie, 38: Hur bildas de vita strecken på himlen efter flygplanen?
Svar: Hej Ann-Sofie. Kondensationsstrimmorna du ser efter jetflygplan som flyger högt består av vattendroppar och iskristaller som bildas när den vattenånga som kommer ut ur motorerna kondenseras. Vattenångan är en reaktionsprodukt som bildas när flygbränslet förbränns. På ett flygplans marschhöjd är temperaturen ca -50 grader Celsius så den är alltså långt under vattens fryspunkt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Muamera, 34: Hej! Jag skulle vilja veta varför är diamant hårdare än grafit, de har ju samma kemiska formel, båda ämnena är former av rent kol (C)
Tacksam för svar
Svar: Skillnaden mellan diamant och grafit, som är en annan form av kol, är ett utmärkt exempel på att det inte bara är ett ämnes ingående atomer som bestämmer egenskaperna, utan även hur atomerna är bundna till varandra. I grafit är kolatomerna bundna med starka s.k. kovalenta bindningar åt sidorna, dvs i ett plan, medan bindningarna mellan planen är svaga. Det är denna lagrade struktur som gör att grafit kan användas i pennor och till smörjning eftersom dessa atomplan glider lätt mot varandra. Under vissa omständigheter som kräver högt tryck och hög temperatur kan dock kolatomerna arrangera sig i ett tredimensionellt mönster där alla atomer är kopplade till varandra genom starka kovalenta bindningar, vilket ger diamant med sin extrema hårdhet och speciella ljusbrytningsegenskaper.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Peter, 30 och Billy, 26: Hej, jag undrar varför vattnet inte dunstar direkt när man häller det på en väldigt het spisplatta. Det bildas istället runda kvicksilverliknande kulor som sakta dunstar bort. Men om plattan inte är tillräckligt het fräser det bara till och vattnet dunstar direkt.
Svar: Hej och Billy. Det här fenomenet kallas "Ledeinfrosteffekten" och beror på att det snabbt bildas ett isolerande ångskikt mellan droppen och ytan om ytans temperatur är över ett visst värde (ca 220 grader C). Det tunna ångskiktet mellan droppe och yta gör att värmeöverföringen från vätskan till ytan kraftigt minskar, så att droppen kan glida runt ett bra tag innan den slutligen förångas.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kamila, 14: vad är skillnaden med statisk elektricitet och elektrisk ström?
Vad betyder statisk?
Svar: När något är "statiskt" så förändras det inte med tiden. All elektricitet, oavsett om den är statisk eller ej alstras av elektriska laddningar som ofta är elektroner. I ett elektrostatiskt fall så har dessa laddningar intagit sina platser, och flyttar sig inte mer, medan den ström som går till en lampa kommer från elektroner som rör sig. När du gnider dina skor mot en viss typ av isolerande matta kan det hända att det överförs elektroner till dig så att du blir uppladdad. Elektronerna stannar kvar på dig så länge du står kvar på mattan och inte rör något annat föremål. Om du sätter fingret nära ett jordat föremål som t.ex. en diskbänk så kommer elektronerna att hoppa över i form av en gnista. Just när detta sker är situationen alltså inte "statisk" eftersom elektronerna rör på sig. Trots att du lätt kan bli uppladdad till flera tusen volt så är de strömmar som alstras när gnistorna slår över så små att de är ofarlig, men de kan vara obehagliga. Kommer du åt en ledningstråd med 220 V medan du står på ett jordat golv är det värre, eftersom det finns ett kraftverk i andra änden som kommer att "pumpa" fram elektroner genom din kropp till jord vilket ger en stor ström som är mycket farlig.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Hanna, 25: Varför fryser jag när jag kommer upp ur en sjö när lufttemp är 25 grader?
Svar: Hej Hanna. När du är våt utomhus så kommer vattnet på din kropp att avdunsta, och detta är en process som kräver energi som tas från din kropp i form av värme. Du kommer alltså att kylas ned till en temperatur under 25 grader medan du torkar. Det är denna mekanism som naturen fiffigt utnyttjar när den låter oss svettas när det är varmt ute. Det är också därför som värmen känns extra "tryckande" och påfrestande om luftfuktigheten är hög eftersom avdunstningen då blir mindre så att avkylningseffekten minskar.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kim, 17: Hej! Min lärare i ellära förklarade nyligen varför fåglar kan sitta på högspänningsledningar. Förklaringen var att resistansen hos fåglar är så liten att ingen ström går genom dem. Ingen spänning utan resistans enligt ohms lag.
I fall fåglarna vore "tillräckligt" bredbenta med högre resistans skulle däremot strömmen ta vägen genom dem.
Man brukar ju säga att strömmen tar den lättaste vägen. Varför skulle då strömmen ta vägen genom fågeln när det redan är en sluten krets? Måste det vara
en potentiell skillnad, dvs. kontakt med jord eller den andra ledningen?
Hur fungerar det egentligen?
Svar: Hej Kim. Det är som du antyder i slutet av din fråga, det krävs att fågeln utgör en del av en sluten krets för att det skall gå ström genom den vilket den inte mår bra av. Ledningstråden är en god ledare, så varje punkt på den ligger på samma potential. Eftersom fågeln har väsentligt högre resistans än tråden mellan dess ben (oberoende av hur bredbent den står) så kommer strömmen att gå genom ledaren, och inte genom fågeln. Fågeln laddas visserligen upp när den sätter sig på ledningen men den lilla ström som flyter under uppladdningsförloppet tar den ingen skada av. Om fågeln däremot skulle röra vid marken samtidigt som den vidrör tråden blir det problem. Mellan marken och tråden ligger ju tusentals volt och nu har fågeln kopplat in sig som ett motstånd med denna höga spänning över sig. Hade fågelns motstånd varit extremt hög (MegaOhm), hade strömmen genom kroppen ändå blivit lite men i verkligheten har den ett alldeles för lågt motstånd så strömmen blir tillräckligt stor för att bränna ihjäl den på ett ögonblick.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Torgny, 34: Enligt tunneleffekten kan partiklar "låna energi" för att ta sig igenom en energibarriär. Är det möjligt för en människa att tunnla igenom en materiell vägg i ett hus. Vad säger teorin om detta? Osannolikt men möjligt?
Hej Torgny. Enligt något som brukar kallas för "korrespondensprincpen" så skall kvantmekaniken, som ju är tillämplig där atomära dimensioner gäller, övergå i den klassiska Newtonska mekaniken när storleksskalan ökar. Sätter du in värden för en människas massa och dimensioner så kommer resultatet man räknar fram för sannolikheten att tunnla genom en energibarriär som är otillåten enligt den klassiska fysiken att bli astronomiskt litet. Man kan alltså lugnt räkna vidare med den klassiska mekaniken inom de erfarenhetsområden där är tillämplig, vilket innefattar de flesta vardagsfenomenen. När storleken krymper ner mot det atomära måste man dock ta till kvantmekanik, och när hastigheterna börjar närma sig ljushatigheten så fungerar den klassiska fysiken inte heller, utan då gäller Einsteins relativitetsteori.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fae, 13: Hej! Jag undrar vad som händer med elektronerna i en elektrisk ström genom en koppartråd. Jag har fått höra att strömmen är som ett pärlband av elektroner som dras framåt och att det är därför elektricitet går så fort genom tråden. Men hur? Elektronerna snurrar ju runt en atomkärna. Blir inte atomerna förstörda om alla elektroner plötsligt lämnar sin kärna? Eller hoppar elektronerna från en atomkärna till nästa osv?
Svar: Hej Fae. Om elektronerna sitter kvar på sina atomer så kan det inte gå någon elektrisk ström, vilket betyder att ämnet är isolerande som t.ex. glas. Hos de ämnen som vi kallar metaller är dock en del av elektronerna fria att röra sig inne i hela stycket, och det är det som gör att metaller är goda ledare av elektrisk ström. De flesta elektronerna sitter dock fortfarande kvar vid sin kärna och det är bara de yttersta, som är minst hårt bundna, som kan deltaga i processen och som därför kallas ledningselektroner.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Diana, 14: Vad finns i lösningar som leder ström?
Svar: Hej Diana. I många lösningar, t.ex. saltlösningar som vanligt koksalt i vatten, finns det joner vilket är atomer som har en (eller flera) elektroner för mycket eller för lite så att de blir elektriskt laddade. En lösning av koksalt, som har formeln NaCl, kommer att innehålla Na+ joner och Cl- joner, eftersom natrium gärna tar emot en extra elektron från klor, som i sin tur gärna vill bli av med en. På så sätt får du laddade, rörliga partiklar i vätskan som kommer att kunna röra sig i ett elektriskt fält, och laddningar som rör sig, det är ström.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tatjana, 15: jag ska göra ett fördjupningsarbete om magnetism, men jag hittar bara basfakta. Därför tänkte jag ställa några frågor. Kan ett ämne vara magnetiskt, men inte fungera som en magnet? Om så är fallet, så undrar jag också varför? Vad är det som händer egentligen när en magnet dras mot en annan? Varför dras de till varandra?
Ämnen som inte har magnetfält runt sig, är dessa magnetiska?
skriv gärna så mycket som möjligt, TACK!
Svar: Hej Tatjana. Ett magnetiskt fält alstras när en ström går runt i en slinga, vilket är vad som händer i de elektromagneter som bl.a. finns i alla elmotorer. Även i ett magnetiskt material gäller samma sak, fast här är det den ström som svarar mot att laddade elektroner "snurrar runt" i atomerna som alstrar magnetfältet. Vissa ämnen är speciella på så sätt att atomerna kan rikta in sig åt samma håll så att de kan alstra starka yttre magnetfält, och dessa ämnen, (t.ex. järn och kobolt) kallas ferromagnetiska. I vissa fall blir ett ferromagnetiskt ämne magnetiskt bara om det redan finns ett yttre magnetfält, och ett sådant ämne kan lyftas upp med en magnet, men ger inget eget magnetfält. I andra fall så ger ett ferromagnetiskt ämne ett magnetiskt fält av sig själv, och då kallar man det för en permanentmagnet (det är sådana man i dagligt tal kallar magneter). Du kan lätt avgöra om ett ämne är ferromagnetiskt eller ej, det är bara att se om det påverkas av en permanentmagnet. Det är dock inte alls säkert att ämnet för den skull är en permanentmagnet, eftersom det måste till speciella omständigheter för att atomerna som ger magnetismen skall förbli upplinjerade även sedan du tagit bort permanentmagneten. Att svara på varför magneter påverkar varandra är inte så lätt eftersom det här är en av naturens grundläggande fenomen som går alldeles utmärkt att beskriva och beräkna, men vars innersta orsak man bara får acceptera.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Mikael, 51: Hej, det finns en absolut nollpunkt. Finns det en övre temperaturgräns?
Svar: Eftersom temperatur anger graden av oordnad rörelse hos atomer och molekyler, så förefaller det naturligt att definiera en absolut nollpunkt vid vilken partiklarna i fråga är stilla. Egentligen är det lite mer komplicerat än så, eftersom det enligt kvantmekaniken är omöjligt för en partikel att ha en rörelseenergi som är absolut noll. Man kan ändå definiera den absoluta nollpunkten som den temperatur då partiklarnas rörelse är så liten som fysikens lagar tillåter.
Eftersom partiklarnas rörelseenergi inte har någon naturlig gräns uppåt, går det inte att på samma sätt definiera någon högsta temperatur. Den högsta temperatur som existerat torde ha varit vid universums skapelse i "Big Bang", och jag har sett uppgifter på att temperaturen 1/100 sekund efter denna tilldragelse skulle ha varit 10^11 grader Kelvin.Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Maja, 19: Hej! Mörkrum för framkallning av svart och vit film lyses ofta upp av en röd lampa. Varför röd? Skulle en sådan lampa fungera för framkallning av färgkort?
Beror det på att rött ljus har längst våglängd och därmed är energifattigt? Kan energi förstöra film och hur då isåfall? Är det något med att rött ljus inte absorberas av filmen, men då vitt ljus innehåller alla våglängderna borde väl den vita filmen kunna absorbera även rött ljus? Vad är det för skillnad på svart-vit och färgfilm (ur fysiksynpunkt)?
Tacksam för svar!
Svar: Svartvit film är normalt inte känslig för rött ljus, vilket gör att man kan använda röd mörkrumsbelysning. Man kan säga att en filmemulsion normalt är känslig för våglängder under ett visst värde, dvs för fotonenergier över ett visst värde. Vanlig film påverkas t.ex. av röntgenstrålning som ju har mycket högre fotonenergi än vanligt ljus. Man kan dock göra filmemulsioner som är känsliga för både rött och infrarött ljus, men för vanlig svartvit film antar jag att man anser det vara en fördel att kunna arbete i mörkrumsljus. Skall man framkalla färgbilder är totalt mörker däremot nödvändigt.
Färgfilm är uppbyggd av tre emulsionslager, där var och ett är känslig för en av färgerna rött, grönt och blått. Som en konsekvens av våra ögons konstruktion, som har just sinnesceller för dessa färger, så kan man genom rätt blandning av dessa tre färger erhålla en godtycklig nyans. Vid framkallningen krävs sedan att var och en av dessa tre bilder ger upphov till just den färg i kopian som aktiverade den vid exponeringen.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Mattias, 28: Jag lagade en svets här en dag på jobbet och då när jag tittade på transformatorn kom jag på att kärnan på den liksom massor av andra kärnor i tex tändspolar och motorer är upp byggda av tunna plåtar tätt intill varandra varför gör man så istället för att använda massiva kärnor?
Svar: Det har att göra med ett fenomen som kallas "eddy strömmar", och som innebär att ett varierande magnetfält kommer att inducera cirkulerande elektriska strömmar i ledande material. Att varierande magnetfält skapar strömmar genom induktion är ju principen bakom alla stora generatorer och transformatorer, men syftet då är ju att den inducerade strömmen skall gå i de ledningar man använder för kraftöverföring, och ingen annan stans. Om strömmar cirkulerar runt i materialet som utgör kärna i en transformator så åstadkommer de en oönskad uppvärmning, och bidrar alltså till förlusterna. Ett enkelt sätt att minska denna oönskade effekt är att göra transformatorkärnan av tunna ledande "blad" som är sinsemellan isolerade, och på så sätt förhindrar strömslingor med större radie. Metoden kallas att laminera kärnorna, och är som du sett mycket vanlig.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jamima, 29: hej Jag har två frågor:
1. Vad är infraljud, ultraljud och sonar.
2. Hur fungerar en parabolantenn.
Svar:
Fråga 1. Ljud är periodiska tryckvariationer där örat kan uppfatta dem om de ligger inom intervallet 20-20.000 svängningar per sekund (Hz). De går att framställa ljud som har både högre och lägre frekvens, och om den är lägre än 20 Hz kallas det infraljud medan svängningar med högre frekvens än 20.000 Hz kallas ultraljud.
Med sonar menas tekniker för att lokalisera föremål, typiskt ubåtar, med hjälp av ljud. Aktiv sonar fungerar så att man sänder ut en ljudpuls och detekterar när det ljud som reflekterats från målet kommer åter. Fladdermöss använder också den här tekniken för att navigera i mörker. Med passiv sonar menas utrustning för att detektera ljud som alstras av föremålet man söker, typiskt propellerljud från en båt.Fråga 2. En parabolantenn är en metallskål som är formad som en del av en yta som inom matematiken kallas en parabol. Det speciella med just denna form är att parallella strålar som träffar ytan reflekteras till en bestämd fokalpunkt. Eftersom kortvågiga radiovågor av den typ som används vid mottagning från satelliter reflekteras mot en metallyta på samma sätt som ljus från en spegel, så kan man sätta huvudet som detekterar radiovågorna i parabolens fokus, och rikta hela arrangemanget mot satelliten för att få så god mottagning som möjligt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Johanna., 15: Om man håller en elektriskt laddad stav vid sidan av en tunn vattenstråle, så kommer strålen att vika av mot staven. Varför?
Svar: Det bero på att vattenmolekylerna har ett stort dipolmoment, vilket betyder att den elektriska laddningen i varje molekyl är förskjuten så att den har en positiv och en negativ ände. Nettoladdningen är dock noll, men den här laddningsförskjutningen är väldigt betydelsefull för vattnets egenskaper, t ex att det ofta fungerar som ett bra lösningsmedel. När du håller en laddad stav som vi säger är negativt laddad nära vattenstrålen så kommer vattenmolekylerna att vrida sig så att den positiva änden ligger närmare staven eftersom plus och minusladdning attraherar varandra. Eftersom alla positiva ändar hos vattenmolekylerna nu är vända mot staven så kommer de att attraheras starkare än de negativa ändarna stöts bort, så nettoresultatet blir en attraktiv kraft: vattnet avböjs mot den laddade staven. (Om staven istället hade varit positiv hade resonemanget blivit detsamma, men tecknen ombytta). Med det här enkla experimentet har du alltså visat att vatten har högt dipolmoment.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Helena, 15: Hejsan. Vad är Kol -14 för något? Vad används det till? Hur bildas det? Var finns det?
Svar: Det finns olika isotoper av kol, vilket betyder att atomkärnorna har olika antal neutroner i sig. I den vanligast förekommande kolisotopen, kol-12, så har du 6 protoner och 6 neutroner. Alla kärnor som har 6 protoner har det gemensamt att de kalls kol och har samma kemiska egenskaper. Kol-14 har alltså två extra neutroner, vilket har gjort att dessa kolatomer inte är stabila, utan sönderfaller radioaktivt. Halveringstiden är 5730 år, så om du har en viss mängd kol-14, så finns bara hälften kvar efter denna tid, resten har sönderfallit till andra ämnen. Kol-14 bildas genom att kväve bombarderas av kosmisk strålning i atmosfären, vilket betyder att alla levande organismer som omsätter kol kommer att ha en viss mängd kol-14 i sig under sin levnad. När de sedan dör slutar de att ta upp denna sorts kol från atmosfären, så att halten kol-14 sjunker, vilket är alldeles utmärkt för våra arkeologer, som då kan bestämma hur gamla resterna är genom att mäta den återstående kol-14 halten. Detta är en av de viktigaste metoderna för att åldersbestämma gamla föremål.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Julia, 16: Jordens dragnings kraft är väl 9,82 N, hur långt upp i rymden ska ett föremål befinna sig för att jordens dragningskraft ska minskat till hälften?
Svar: Hej Julia. För att bestämma den kraft F som gravitationen från jorden påverkar en kropp med skall du multiplicera dess massa m med tyngdaccelerationen som är ca 9.8 m/s^2 vid jordytan, dvs F=mg. Observera att tyngdaccelerationen g alltså inte har sorten Newton. Däremot har kraften, som ju också beror på kroppens massa, sorten Newton. När man vill beräkna hur g avtar med höjden över jordytan skall man tänka sig att all jordens massa är koncentrerad till en punkt i centrum. Tillämpa sedan allmänna gravitationslagen som säger att F=G*m*M/r^2 på denna situation (^2 betyder här kvadrering). G är allmänna gravitationskonstanten, M är jordens massa, m föremålets massa och r är avståndet till jordens medelpunkt. Du har då att F=m*g=G*m*M/r^2, så g=G*m/r^2. Eftersom g avtar proportionellt mot 1/r^2 så måste man öka avståndet så att det blir (roten ur 2) gånger jordradien för att g (och därmed kraften på föremålet) skall gå ned till hälften. Eftersom jordradien är 6380 km så måste du åka ut till ett avstånd av 9022 km från jordens centrum, dvs 2642 km över jordytan. Observera att detta avstånd är mycket större än den höjd som t.ex. rymdstationen och många andra satelliter färdas på. Astronauterna är alltså inte viktlösa för att de är så långt borta från jorden, utan för att de befinner sig i en omloppsbana där de hela tiden faller mot jorden med samma hastighet som farkosten de färdas i.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Christer, 65: Om Christer Fuglesang hade nyst uppe i rymdstationen då han var tyngdlös. Hade nysningen då förflyttat honom om han inte hade hållit i sig? Med vilken kraft i så fall?
Svar: Ja, det hade förflyttat honom och den fysikaliska principen bakom detta är exakt samma som den som beskriver raketen som sköt upp honom i omloppsbana. Lagen om rörelsemängdens bevarande säger att om något med massan m kastas ut med hastigheten v1 från en farkost som befinner sig i vila och inte påverkas av några andra krafter, så kommer farkosten efter utkastet att röra sig i motsatt riktning jämfört med det utkastade föremålet med en hastighet så att M*v2 = m*v1, om M är farkostens massa och v2 dess hastighet. Om farkosten blåser ut gas med hastigheten v, och mängden gas per tidsenhet kallas dm/dt så blir kraften F= v*dm/dt. Om du vet hastigheten på luften som lämnar astronautens näsa tillsammans med dess täthet och volym så kan du alltså beräkna kraften. Jag har inga uppgifter på de ingående värdena, men jag skulle tro att det blir en ganska måttlig effekt av en nysning!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Maja, 15 år: Hur mycket har Newton betytt för vetenskapen?
Svar: Hej Maja. Isaac Newton har troligen betytt mer för naturvetenskapens utveckling än någon annan människa. När Newton formulerade sina teorier för hur kroppar rör sig när de utsätts för krafter så var det första gången som en vetenskap baserad på experimentella studier i kombination med en matematiskt avancerad teori lades fram. Man kan säga att det var under denna tid som Newton tillsammans med några andra framstående vetenskapsmän började arbeta på det systematiska sätt som all naturvetenskap nu tillämpar och som brukar kalls "den vetenskapliga metoden". De teorier som Newton formulerade används idag för en mycket stor del av all ingenjörskonst, och det var först i början av 1900 talet som det stod klart att det fanns fenomen i vår natur som krävde nya grundprinciper för att förklaras tillfredställande. I den fysik som beskriver atomernas värld och för kroppar som rör sig extremt fort har vi nu lärt oss att man måste använda kvantmekanik och relativitetsteori (båda från 1900-talet), men för de flesta av de fenomen vi stöter på till vardags så fungerar Newtons teorier fortfarande utmärkt!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Emad, 41: Hej!
Vad är sambanden mellan svängningstiden och pendels längd, vikt och vinkel för en pendel?
tack på förhand!
Svar: Som i många fall så krävs det vissa approximationer för att man skall få ett enkelt uttryck. I fallet med en pendel så antar man oftast att massan är koncentrerad till en punkt i ena änden av en masslös stång, samt att vinkeln är liten (vilket innebär att sinA är ungefär A om A uttrycks i radianer). Med dessa approximationer blir periodtiden T oberoende av både massan och utslagets storlek, och ges av T=2*pi*roten ur(L/g), där L är längden och g är tyngdaccelerationen där man befinner sig (g= 9.81 m/s^2 vid jordytan).
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Rolf, 54 år: Läste en gång om ett exempel på relativitetsteorin. Två tvillingar befinner sig på jorden och den ena far iväg i en raket med ljusets hastighet och är borta i tio jordår. När han kommer tillbaka har han knappt åldrats alls medan brodern på jorden blivit tio år äldre. Hur kan detta stämma. Han som åker iväg har ju ingen hastighet kontra rymdskeppet. Som jag ser det är det bara det yttersta atomskiktet på rymdraketen som har ljushastighet. Resten i rymdraketen har ju ingen hastighet kontra det yttersta atomskiktet.
Svar: Det som gör tvillingparadoxen "paradoxal" är att man kan "bevisa" att vilken som helst av tvillingarna är äldst om man i ena fallet väljer att säga att tvilling-1 står stilla medan tvilling-2 reser och i andra fallet säger att tvilling-2 står stilla och tvilling-1 reser. (I den speciella relativitetsteorin är man fri att själv välja vilket koordinatsystem man anser är i vila). Nu är det dock så att detta problem inte går att lösa med hjälp av den speciella relativitetsteorin, eftersom acceleration är inblandat, och den speciella teorin uttalar sig enbart om koordinatsystem som rör sig med likformig hastighet relativt varandra. Om man tar hänsyn till accelerationen som krävs inser man att situationen inte är symmetrisk: Den tvilling som är ute och reser måste först accelerera för att komma iväg, sen bromsa in, vända och slutligen bromsa in igen vid hemkomsten. Om man löser ekvationerna inom den allmänna teorin (vilket är matematiskt komplicerat!) så blir resultatet att den tvilling som var ute och reste är yngst vid hemkomsten, något som också är experimentellt verifierat genom att flyga runt jorden med exakta "atomklockor".
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lisen, 18: Hej! Inkluderar Coulombs barriär kärnans radie, eller varifrån gäller avståndet? Om Coulombs barriär skulle gälla f.r.o.m. kärnans centrum, borde inte det innebära att ju större kärnor desto lättare att bryta Coulombs barriär (som ex. vid fusion och fission)?
Är det därför som väte har så stark bindning?
Svar: Om vi har två kärnor där summan av antalet neutroner och protoner är A så approximeras radien av R = R0*A^1/3, där R0 är en konstant (=1.2*10^-15 m) så deras centra måste komma ca 2*R= 2*R0*A^1/3 ifrån varandra innan den starka kraften tar över och de fusionerar. Innan de kommer så nära varandra känner de av den kraftiga elektrostatiska repulsionen, eftersom båda kärnorna är positivt laddade. Den energi som krävs för att pressa ihop kärnorna till separationen r fås från elektrostatiken som U=Z*e*V(r) där Z är atomnumret (antalet protoner i kärnan) och e är elektronladdningen. Den elektriska potentialen V(r)=(1/(4*pi*epsilonnoll))*(Z*e/r). Sätter man in r=2*R0*A^1/3 i formlerna ovan kan man räkna ut "barriärhöjden" U för olika kärnor just när de kommer i kontakt eftersom vi vet vilka värden A och Z är för olika kärnor. Avståndet r räknas alltid från kärnornas centrum. Stoppar man in värden för tre olika stora kärnor, tex. H (A=1, Z=1), O (A=16, Z= 28) och Ni (A=59, Z=28) så ser man att trots att avståndet mellan kärnorna vid kontakt ökar när de blir större, så blir U ändå störst för stora kärnor pga deras större laddning. Stora kärnor har alltså alltid högre Coulomb barriär. Det är därför som det är lättare att få väte att fusionera än ämnen med fler protoner.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lars, 68: Varför måste rymdraketer uppnå en viss hastighet för att kunna komma upp i omloppsbana runt jorden?
Kan dom inte "sega" sej upp i låg fart med stor dragkraft?
Rymdfärjan tar ju 90 minuter på sej för ett varv runt jorden. Hade den ramlat ner om den rört sej långsammare?
Mvh Lasse
Svar: För att få upp ett föremål i omloppsbana krävs att föremålet har en viss hastighet parallellt med jordytan för att stanna i sin bana. Ett vanligt förekommande missförstånd är att en rymdfarkost i omloppsbana befinner sig "utanför" jordens dragningskraft vilket skulle vara skälet till att våra astronauter är viktlösa. Så är det alltså inte, eftersom gravitationen där satelliter i låg omloppsbana befinner sig är bara obetydligt mindre än vid jordytan. Däremot rör de sig i (nästan) cirkulära banor med en hastighetskomponent parallell med jordytan och en hastighetskomponent in mot jordens centrum pga gravitationen. De faller alltså in mot jorden samtidigt som de rör sig längs den krökta jordytan på ett så välavvägt sätt att de hela tiden befinner sig på samma höjd. För att befinna sig i en cirkulär bana med radien r räknat från jordens centrum (r måste då vara större är jordradien + en bit till så att banan ligger utanför den bromsande atmosfären) krävs hastigheten v=roten ur(G*M/r) där G är allmänna gravitationskonstanten och M är jordens massa. För en bana som ligger 400 km ovanför jordytan blir v=7660 m/s (över 27.000 km/tim). Hur fort man når hastigheten v har fysiken egentligen ingen synpunkt på, men eftersom det i praktiken måste göras med en raket går ju förloppet ganska raskt. I princip kan du ju tänka dig en långsamt sluttande ramp som går flera varv runt ekvatorn och som slutar plötsligt en bit ovanför atmosfären. Här skulle du kunna "sega dig upp" med måttlig acceleration så länge din sluthastighet är tillräcklig för att gå in i en omloppsbana.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tony, 29: Hej är det inte på tiden att vi börjar att tänka på kolonisera andra planeter nu
som dom gör på Star Trek och andra filmer. Vår planet tycks inte var
kvar så länge till som vi lever nu med alla problem som vi ser på tv i dag
och fel vi människor gör.
Jag har en fråga också. Kan man få gravitation i rymden på en rymdfarkost?
Svar: Hej Tony. Den kanske kan tyckas lämpligt att börja kolonisera andra världar när Global Warming ställer till trassel här på jorden. Frågan är bara vart man skall åka. I princip har vi tekniken för att resa inom vårt solsystem, men de ställen som bjuds verkar inte speciellt inbjudande. Bäst är väl Mars, men även där är atmosfärstrycket bara 1% av det på jorden och syrehalten ca 0.1 %, så även en förstörd jord verkar nog bättre. Och vill du åka längre, dvs till andra stjärnors planetsystem sätter fysikens lagar krokben, eftersom vi då rör oss med enorma avstånd som vi idag inte har någon känd teknologi för att överbrygga.
Så till frågan om gravitation på rymdfarkoster. Att alstra normal gravitation går knappast, då enda sättet att göra detta är att släpa med sig en stor del av jordens massa. Att simulera gravitation är dock i princip lätt. Om rymdfarkosten utformas som ett stort hjul där rummen ligger längs omkretsen och har sina golv mot ytterkanten så räcker det med att låta det hela rotera för att få en utåtriktad centrifugalkraft (en slags tröghetskraft) som pressar all massa ner mot golvet, och är helt oskiljbar från gravitationen. Ett hjul med 200 m diameter som roterar ett varv på 20 s skulle ge en kraft som motsvarar gravitationen på jordytan. Så vitt jag vet har man aldrig utnyttjat detta i praktiken, och skälet är väl att man måste bygga en tämligen stor rymdfarkost vilken blir dyr att skicka upp.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Sofia, 14: Varför tar det så lång tid för att smälta på våren?
Svar: Hej Sofia. Det finns ett fysikaliskt skäl till att det tar ett bra tag för is att smälta, nämligen att det måste tillföras en hel del energi för att en smälta is, trots att temperaturen på is/vattenblandningen inte ökar. Den mängd energi som går åt för att smälta ett kg is vid 0 grader celcius kallas smältvärme och är 333 kJ. Isen smälter alltså inte på en gång när temperaturen går upp till noll grader, utan solen måste lysa ett bra tag på isen och tillföra den här energin innan allt smält.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Matias, 28: Varför exploderar ibland glödlampan när man slår till strömbrytaren?
Svar: När en glödlampa brinner så förångas hela tiden lite metall från glödtråden så att den blir tunnare och tunnare för att till sist gå av. Lampans effekt P bestäms av formeln P=V^2/R där V är spänningen och R motståndet. Nu är det så att motståndet är temperaturberoende och kommer att öka en hel del när tråden blir varm, så första ögonblicket kommer det att gå en större ström än normalt. Temperaturökningen blir därför väldigt snabb i början och innan det hela har hunnit stabilisera sig så har temperaturen för en kort stund överskridigt normalvärdet. Det är alltså denna strömpuls med tillhörande temperaturtopp som gör att en glödlampa nästa alltid går sönder när den tänds.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Erika 15: Hej!
Jo jag undrar hur en glödlampa kan lysa med hjälp utav jon-lösningar? Och så undrar jag varför lyser glödlampan när man doppar ner den i saltsyra?
Mvh Erika
Svar: Hej Erika. Jag antar att du menar att lampan börjar lysa när man sluter strömkretsen genom att doppa ner ändarna av ledningstrådarna i antingen en syra eller en saltlösning. För att lampan skall lysa krävs alltid en sluten krets som laddade partiklar hela tiden kan gå runt i. Normalt är dessa laddade partiklar de elektroner som alltid finns tillgängliga i metalltrådar, där de är fria att röra sig. En vätska kan också innehålla laddade partiklar som kan röra sig. Dessa partiklar kallas joner och består av atomer som har förlorat eller fått för många elektroner, och det är just sådana vätskor som du nämner. Dessa joner kan också röra sig så att en ström går igenom vätskan, och det är detta som händer när du stoppar ner ledningstrådarna. En förutsättning för att det skall fungera är också att det sker vissa kemiska reaktioner vid ytan hos metalltrådarna som är nedsänkta i vätskan.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fredrik, 19: Varför kan ljudet av ett godståg som är på väg in till stationen kan höras genom tågrälsen innan det hörs genom luften?
Svar: Om ljud som sprids från en punktkälla i t.ex. luft och det är långt till störande föremål som kan reflektera eller absorbera ljudenergin så kommer intensiteten att avta med kvadraten på avståndet. Ljudet från ett tåg kommer att spridas i en halvsfär som begränsas av marken, men även här kommer intensiteten att avta snabbt med avståndet eftersom samma ljudeffekt kommer att spridas över en större yta när avståndet ökar. Ljudet som går i rälsen är ju begränsat till att hålla sig inom en och samma yta hela tiden, nämligen rälsens tvärsnittsyta, så om man bortser från förluster så kommer intensiteten (intensitet=effekt per ytenhet) att vara konstant. Det avstånd som ljudet kan fortplanta sig innan intensiteten blir så låg att man inte kan höra det är alltså långt mycket större i rälsen. Om tåget är så nära att man kan höra det både genom räls och luft, så kommer det också att höras först i rälsen eftersom ljudhastigheten är mycket högre i järn (drygt 5000 m/s) än i luft (drygt 300 m/s).
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lars, 68: Hej, Om en raket är försedd med en extra "booster" som startas när raketen frigjort sej från större delen av solsystemets gravitation, borde man inte då kunna uppnå en betydligt större hastighet när ingen bromsande gravitation finns?
Hur mycket energi behöver tillföras för att uppnå t ex halva ljushastigheten under dessa omständigheter?
Svar: Det stämmer att desto mindre gravitationen är, desto större blir rymdskeppets acceleration ut från solen om man antar att raketens kraft och massan är konstant. I praktiken blir ju rymdskeppet också lättare och lättare eftersom raketen kontinuerligt måste kasta ut massa för att en reaktionskraft skall erhållas. Även detta gör att hastigheten ökar snabbare ju längre ut man kommer. Om man skall räkna ut den rörelseenergi som rymdskeppet har vid en hastighet av halva ljushastigheten så måste man räkna relativistiskt, och man får ett värde av 0.155mc^2 där m är rymdskeppets massa och c är ljushastigheten vilket kan jämföras med 0.125mc^2 som är det värde man får med klassisk mekanik. I praktiken används inte kraftiga raketer för att skicka ut rymdsonder ur solsystemet, utan man lägger banorna så att man kan "stjäla" lite energi från någon planet vilket kallas "sling-shot teknik" eller "gravity assist".
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Milla, 22: Hej! Jag undrar varför snö är vit, medan is är genomskinlig? De är ju båda gjorda av iskristaller... (Jag antar att det har någonting att göra med hur ljuset reflekteras.)
Svar: Om en ljusstråle går från luft och lite snett in i en iskristall kommer riktningen att ändras enligt brytningslagen eftersom ljusets hastighet är lite olika i luft och is, samtidigt som en liten del av ljuset kommer att reflekteras. Om iskristallens inte har parallella kanter så kommer ljuset som lämnar den också att ha en annan riktning än det ljus som gick in. För ett stort homogent isblock märker man inte så mycket av detta, men för snö som består av mängder med iskristaller så innebär det att ljuset ändrar riktning ett stort antal gånger. Efter alla dessa riktningsändringar kommer en stor del av ljuset tillbaka mot ljuskällan. Eftersom detta sker i samma utsträckning för alla ljusets olika våglängder så ser snön vit ut om det infallande ljuset är vitt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Franz, 33: Väger jag mindre om jag befinner mig där det är flod än där det är ebb?
Svar: Ja, du är lättare när det är flod eftersom samma sorts gravitationskraft från månen (och solen vid springflod) som gör att vattenytan höjs även verkar på dig. Denna kraft är ju motriktad mot gravitationskraften mellan jorden och dig, så dina fötter kommer att tryckas mot backen med en lite mindre kraft än vanligt. Vikten av din kropp, dvs hur stor nettokraft den påverkas av, har alltså minskat, medan massan fortfarande är densamma (antalet molekyler i din kropp har ju inte ändrats). Din vikt kommer också att ändras om du åker ner till ekvatorn, eftersom jordrotationen där ger en större centrifugalkraft som motverkar tyngdkraften. Hur stor denna effekt är frågade jag efter i en tentauppgift i mekanik för ett par år sedan, och effekten var måttlig, ca 0.2 kg för en person som väger 100 kg.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Mona, 16: Varför kommer det en stor volym gas från en liten volym vätska?
Svar: Hej Mona. I ett gasformigt ämne är bindningarna mellan partiklarna (atomer eller molekyler) väldigt svag vilket leder till att de inte "klibbar ihop" när de stöter emot varandra. I gasen rör sig partiklarna i rätlinjiga banor med en hastighet som beror på temperaturen, och de ändrar riktning endast när de träffar kärlets väggar eller kolliderar med varandra. En gas kommer därför alltid att fylla upp den volym som finns tillgänglig, men trycket kommer att variera med behållarens volym.
I en vätska är bindningen mellan partiklarna så stark att partiklarna vill befinna sig i kontakt, även om de kan röra sig i förhållande till varandra. De kommer därför att ligga mycket tätare än om de befann sig i gasformigt tillstånd. Om trycket är tillräckligt lågt så kommer normalt vätskan att övergå i gasform ("dunsta bort") vilket du märker om du låter en skål vatten stå framme några dagar. Om du har en vätska i en behållare som är större än vätskans volym så erhålls en balans där gasen ovanför vätskeytan har precis det tryck som gör att nettoavdunstningen blir noll, och de två faserna av samma ämne, vätska och gas, existerar nu i jämvikt tillsammans. Partiklarna i vätskan ligger dock mycket tätare tillsammans än de i gasen som beskrivits ovan.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Elin, 15: Hur uppstår färgerna i ett fyrverkeri?
Svar: Hej Elin! När du har något som är hett och brinner, så kan det heta materialets färg varierar av olika orsaker. Dels påverkar temperaturen färgen på så sätt att en låg temperatur ger en röd färg, en medelhög ger gulaktigt och riktigt hög temperatur ger blåvitt. För att skapa andra skarpa färger måste man utnyttja det faktum att vissa gasformiga ämnen sänder ut ljus av alldeles bestämd våglängd (dvs. färg) när de hettas upp. Detta beror på att elektronerna som finns runt atomkärnorna bara kan ha vissa bestämda energier. När ämnet hettas upp flyttar man elektroner från lägre till högre energier, och när elektronerna sedan går tillbaks till sina ursprungliga energier så sänder de ut strålning av alldeles bestämd energi. Vissa av dessa energier ger upphov till synligt ljus, som då kommer att har en perfekt klar färg som beror på mellan vilka energier atomerna hoppar. Eftersom olika ämnen ger olika färger, så kan de som gör fyrverkerier välja färg genom att tillsätta olika blandningar till krutet som ger den nödvändiga temperaturen när det brinner.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Daniel, 34: På vilket sätt utstrålar materia färger? Är det så att det vita ljuset som träffar en "röd" blomma exciterar elektroner som sedan faller tillbaka och utstrålar röd våglängd? Om det alltid är så att atomen kräver en viss energinivå för att utsända ljus borde allting vara färglöst vid den absoluta nollpunkten. Tänker jag fel?
Svar: Hej Daniel. I de flesta fall beror den färg vi uppfattar på att materialet reflekterar ljus av olika våglängd (dvs. olika färg) olika bra. Eftersom vitt är en blandning av alla våglängder så kommer ett föremål alltså att få en viss färg eftersom vissa våglängder försvinner varvid det reflekterande ljuset inte längre blir vitt. Förutsättningen för att se färger är alltså i detta fall att det infallande ljuset verkligen är vitt, och som bekant så spelar ljusets karaktär stor roll för vilken färg man uppfattar. I det extrema fallet att det infallande ljuset bara har en våglängd (t.ex. en laser) kommer omgivningen att bara anta denna färg! Vilka våglängder som absorberas (tas bort) är en komplicerad historia som har att göra med elektronernas energinivåer i molekylerna.
Det fall som du beskriver, att ljuset exciterar en elektron som sedan faller tillbaks i ett eller flera steg förekommer också men är inte lika vanligt. I det fallet får man en färg som svarar mot en våglängd som är större än det infallande ljusets, och om processen sker snabbt kallas den fluorescens. Om återgången till grundtillståndet tar lång tid så att materialet blir "självlysande" talar man om fosforescens.
I ett ämne med låg temperatur är molekylernas vibrationer små, vilket dock inte påverkar elektronernas energinivåer, så de processer som beskrivs ovan sker också för låga temperaturer. För höga temperaturer kommer dock molekylvibrationerna att alstra ljusvågor, vilket är vad du ser när ett ämne börjar glöda.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Sofie, 18: Hej! Jag håller på med elektroner och protoner. Jag skulle vilja veta:
Elektronerna i elströmmen går genom en ledning och in i spisplattan. Men varifrån kommer de?
Tack på förhand!
Svar: Hej Sofie. De elektroner som rör sig i värmeelementen i dina spisplattor och ledningarna till kraftverket är desamma som hela tiden funnits där och som utgör en del av den metall som ledningarna består av. Ledande material som metaller är speciella på så sätt att vissa av atomernas elektroner kan röra sig fritt i hela metallstycket. Man behöver alltså inte "fylla på" med extra elektroner. Vad som händer i kraftverket är att det kommer att alstras ett elektriskt fält i ledningen genom en effekt som kallas magnetisk induktion vilket gör att de elektroner som går in din värmeplatta kommer att ha högre energi än de som går ut, varvid mellanskillnaden blir till värme som kokar ditt kaffe. Elektronerna rör sig faktiskt mycket sakta, mindre än 1 mm per sekund, vilket kan tyckas konstigt eftersom lampan börjar lysa direkt när du tänder den. Vad som händer när du sluter strömkretsen med strömbrytaren är att det elektriska fältet (nästan) omedelbart kommer att finnas i hela kretsen så att alla elektronerna börjar "marschera" samtidigt. Det är alltså alltid nödvändigt att ha en sluten krets för att överföra energi. I våra vägguttag har vi dessutom växelström, så elektronerna i din platta växlar riktning 50 ggr i sekunden, men oberoende av vilket håll de går åt så tillför de energi när de går in i plattans värmeelement.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kjell, 51: När börjar rekylen, är det när patronen exploderar eller är det när kulan lämnar loppet.
Svar: En bössas rekyl är en konsekvens av det som kallas "lagen om rörelsemängdens bevarande". Rörelsemängd är helt enkelt produkten av en kropps hastighet och dess massa. Om bössan avfyras medan den ligger på ett friktionsfritt plan så kommer den alltså att accelerera bakåt så att dess bakåtriktade rörelsemängd exakt kompenserar för den accelererande kulans framåtriktade rörelsemängd. När kulan lämnat loppet slutar den accelererar vilket också bössan gör, som fortsättningsvis rör sig bakåt med konstant hastighet. Vad händer nu om din axel är ivägen för bössans kolv. Ja, då överförs dess rörelsemängd till din kropp, och om du står med benen stadigt i backen så överförs den vidare till jorden som alltså kommer att röra sig i motsatt riktning som den ivägrusande kulan. Eftersom jordens massa är så oerhört mycket större än kulans kommer givetvis dess hastighet att bli helt försumbar. Svaret på din fråga blir alltså att rekylen börjar så snart kulan börjat röra sig i loppet. När kolven slår emot din axel beror på dess avstånd från axeln när skottet gick av. Man skulle ju kunna tänka sig en situation där avståndet är stort, så att kulan redan lämnat loppet nä bössan når axeln (troligen ett ganska smärtsamt sätt att ta upp rekylen!).
Vänliga hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Hanna, 16:
1. Hur kommer det sig att fåglar kan sitta på el-ledningar utan att få stötar
2. När man gnuggar en ballong mot sin tröja och sedan håller den mot håret så reser sig håret men varför gör de det?
3. Hur kan man sitta i en bastu där luftens temperatur är 90 grader när man bränner sig i 90 graders vatten?
och min sista fråga:
4. Hur kan skräddare gå omkring på vattnet utan att sjunka?
jag är jätte tacksam för svar.
tack på förhand//Hanna
Svar: Hej Hanna. Här kommer svaren på dina frågor.
1. En farlig stöt får man när ström, som består av elektrisks laddningar som rör sig, går igenom kroppen. För den skall kunna göra det måste kroppen (eller en del av den) utgöra en del av en sluten krets. Om du stod upp och din hand kom i kontakt med en spänningsförande ledare skulle strömmen gå från ledaren, in i handen, genom din kropp och sedan ut via dina fötter till jorden. Man kan alltså tänka på jorden som en återledare som är förbunden med kraftverket där strömmen alstras. Det räcker med en ganska liten ström för att hjärtats funktion skall störas. När fågeln sätter sig på den ledande tråden kommer allra först en liten mängd laddningar att gå över till fågeln, men sedan har de ingenstans att ta vägen, så det blir ingen farlig ström genom dess kropp, så den sitter där och blickar ned på dig utan att låta sig störas.
2. Alla material består av nästan exakt lika mycket + och - laddning. Om du gnider ballongen mot tröjan kommer en liten del av laddningen att överföras från ballongen, som kommer att få lite för mycket av den ena sortens laddning vilket gör att den kan dra till sig ditt hår genom ett fenomen som kallas elektrostatisk induktion.
3. Eftersom värmeöverföringen från luften till kroppen går mycket långsammare än från vatten som är i kontakt med kroppen kan man vistas förhållandevis länge i en bastu. Att vara i en bastu för länge är dock livsfarligt, eftersom temperaturen inne i kroppen till slut kommer att bli samma som den omgivande luftens, och långt innan detta händer har man dött.
4. På en vattenyta bildas ett slags hinna som kallas ytspänning. De vattenmolekyler som befinner sig precis vid ytan har ju inga molekyler ovanför sig att binda till, så de får istället använda sina bindningar för att koppla samman med grannarna i sidled vilket leder till en slags hinna som kan ta upp kraften från skräddarens fötter.
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Patric, 15: Hej!
Vem är den främsta fysikern som lever idag? Kan man jämföra honom med Einstein?
Svar: Hej Patric. Att ange vem som är den "störste" nu levande fysikern är nog inte möjligt, dels för att det krävs en del tid för att upptäckters "storlek" skall kunna bedömas och jämföras, och dels för att bedömningen givetvis till en del är subjektiv. På svaret om det finns någon som kan jämföras med Albert Einstein blir mitt svar "troligen inte", eftersom Einsteins förmåga till nytänkande inom en rad olika områden gör att han tillhör en ytterst exklusiv skara med endast några få medlemmar under människan hittillsvarande historia. Det är också möjligt att vetenskapens utveckling har gjort det svårare för en enskild individ att ensam utföra ett sammanhållet livsverk som kan jämföras med Einsteins. Vi får vänta och se om det dyker upp någon!
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Kalles, 13: Det är 2 frågor.
a) Vad skulle hända om jorden inte roterade runt sin egen axel?
b) Vad skulle hända om Jorden inte snurrade runt solen?
Tack.
Svar: Eftersom vårt dygn och våra årstider liksom tidvatteneffekter är en konsekvens av att jorden roterar så skulle effekterna givetvis bli stora, men jag antar att din fråga mer handlar om hur det skulle märkas mekaniskt om jordens rörelser upphörde. Faktum är att det inte skulle hända så mycket. De effekter på jorden som skulle försvinna har att göra med de fenomen som påverkas av det som kallas "Coriolis-krafter", vilka har att göra med jordens egen rörelse. Dessa effekter påverkar hur vindar och vädersystem rör sig, samt påverkar projektilbanor för kanoner. Om jorden slutade röra sig skulle man enkelt kunna visa genom att studera hur en lång pendel (kallas "focaults pendel") tyckes röra sig relativt jordytan. Effekterna är dock ganska små, så några vardagsfenomen tror jag inte skulle påverkas. Effekterna som beror på att jorden går i sin bana runt solen är ännu mindre än de som beror på jordens rotation kring den egna axeln.
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Niclas, 30: Varför brinner inte lampan upp? Säg att du har ett bilbatteri då kan man bränna av ganska grova metallföremål, jag förstår att lampan har ett högt motstånd och att det stiger med värmen, men varför går det bara åt säg 10w till lampan. när batteriet kan skicka flera tusen watt? Varför vill inte batteriet skicka all ström som den kan ge? kan man jämföra ohm med något annat så jag förstår? tack på förhand.
Svar: En förenklad bild av ett batteri skulle vara en burk där man alltid har samma spänning V mellan polerna. Om du ansluter en förbrukare som en lampa eller en värmare, så har den ett motstånd R som begränsar strömmen I enligt Ohms lag, I=V/R. Stort motstånd ger alltså liten ström. Effekten P som utvecklas i motståndet ges av P=(V^2)/R, där ^2 betyder kvadrerat. Ett stort motstånd ger alltså liten ström och låg effekt medan ett litet motstånd ger hög ström och stor effekt. Att detta inte stämmer helt inser man om man tänker sig ett väldigt litet motstånd som ju då skulle ge en nästan oändlig effekt. Att det inte blir så beror på att batterier även det har ett motstånd inne i sig (inre resistans) så att om man kortsluter batteriets poler så kommer effektutvecklingen att ske inne i batteriet som med stor sannolikhet skulle förstöras av detta. En liknelse som man ibland gör är att man liknar spänning vid vattentryck. Ansluter du en tunn slang (motsvarar stort motstånd) får du mindre vattenflöde som ger mindre effekt om du ansluter den till en turbin. Grov slang (motsvarar litet motstånd) ger stort vattenflöde och större effekt.
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Alexandra, 14: Jag undrar varför tex. koppar leder bättre än vad glas och järn gör, och varför järn leder bättre än vad glas gör?
Svar: Hej Alexandra. Alla material består av atomer som i sin tur består av en kärna av neutroner och + laddade protoner som omges av - laddade elektroner. Elektrisk ström är laddningar som rör sig, så för att ett ämne skall kunna leda ström så måste det alltså finnas laddningar som kan röra sig. De positiva protonerna sitter fast i atomkärnorna, som i sin tur sitter still i ett fast ämne så dessa kan ej ge upphov till någon elektrisk ström. Med elektronerna är det dock lite annorlunda. I de ämnen som vi kallar islolatorer som glas, gummi, de flesta plaster etc., sitter även elektronerna fast vid sina respektive atomer, men för metaller är situationen helt annorlunda. Där kan de ytterst elektronerna röra sig fritt i hela metallstycket, och därför leder metaller ström bra.
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Martin, 18: Hej, denna fråga är kanske av simpel natur, men ändå väldigt viktig för mig. " Är det mojligt att skärma av magnetfältet från en vanlig metallmagnet utan att tillföra någon energi och utan att "avskärmningen" blir en ny magnet?" Otroligt tacksam för svar! TACK
Svar: Nej det är det inte! Avskärmningen kommer att innehålla cirkulerande elektriska strömmar som i sig utgör en ny magnet. (Även permanentmagnetens magnetism är orsakad av sådana mikroskopiska cirkulerande strömmar.) För att en skärm skall få de magnetiska fältlinjerna upphöra när de träffar ytan måste skärmen innehålla magnetiska monopoler (enpoler). Men sådana finns inte.
Lars Alfred Engström, universitetslektor i fysik
Per, 23: Hur kan man som forskare acceptera att allt man kommer fram till börjar utan någonting. Jag tänker på vad som fanns innan "Big Bang" eller innan det, eller innan det... Man måste väl i alla fall någon gång ha ifrågasatt allt som vetenskapen har kommit fram till då det inte på något sätt går att förklara det "första" som fanns?
Svar: Naturvetenskapens uppgift är att skapa reda i vår kaotiska värld genom att relatera observerbara fakta till varandra genom (ofta mycket matematiska) teorier. Naturvetenskap kan aldrig göra anspråk på att ha hittat den "absoluta sanningen" eftersom alla teorier hela tiden måste provas mot experiment och observationer. Att naturvetenskapens slutsatser har mycket hög trovärdighet är uppenbart, eftersom all vår högteknologi bygger på den, och den fungerar ju ganska hyfsat. Det är alltså ställt utom tvivel att de grundläggande teorier som vi baserar vår världsbild på fångar in en mycket stor del av den underliggande ordning som världen utanför oss uppvisar. Frågor om universums ursprung hör givetvis till de svåraste man kan ställa, men Big Bang teorin verkar vara väl vedertagen. Det är onekligen ganska imponerande att man nu har en sammanhängande bild av vår världs utveckling som sträcker sig till mindre än en nanosekund efter urexplosionen! Frågan vad som fanns före "Big Bang" är troligen felställd, eftersom tiden själv är en variabel i de fysikaliska modellerna. Såväl tid som rum skapades alltså i Big Bang, så något "före" eller "utanför" fanns helt enkelt inte. Orsaken till Big Bang är ingenting som naturvetenskapen kan uttala sig om. Detta är en existentiell fråga som behandlas inom religion och filosofi.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Åke, 60: Antag att jag springer på ett löpband. Om bandet lutar, förbrukar jag då mer energi än om bandet är horisontellt?
Svar: Eftersom du står still på löpbandet så tillför du visserligen inte din kropp någon energi, vare sig lägesenergi eller rörelse energi, men det blir ändå en skillnad eftersom du kommer att överföra energi till löpbandet om du lutar det uppåt i framkant. Fysikaliskt kan man se detta om man betraktar de krafter som verkar på löparen i de två fallen. När bandet är horisontellt påverkas löparen inte av några horisontella krafter, endast tyngdkraften drar nedåt, men den är vinkelrät mot bandet. När bandet lutas får man en komposant av tyngdkraften i löpbandets riktning som måste kompenseras eftersom löparen fortfarande står still. Den kraft som kompenserar tyngdkraften är en framåtriktad friktionskraft mellan löparens fötter och bandet. Denna friktionskraft leder till en bakåtriktad reaktionskraft på bandet som innebär att bandet måste bromsas för att hålla konstant hastighet. Den värmeenergi som alstras när bandet bromsas tas från löparen som alltså får det jobbigare och förbränner mer energi på det lutande bandet.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Tina, 17: Hej! Finns det något tillfälle när ett föremål har hastigheten noll, men accelerationen inte är noll?
Svar: Javisst finns det sådana tillfällen. Ta en massa som sitter fästad med en fjäder och svänger fram och tillbaka, eller en pendel. Den maximala accelerationen får du när kroppen befinner sig i sitt vändläge där ju hastigheten är noll. Accelerationen är då maximal, och riktad in mot jämviktsläget. Observera att acceleration inte behöver betyda bara hastighetsökning eftersom en negativ acceleration svarar mot hastighetsminskning, dvs. en inbromsning. I fallet med den svängande kroppen är alltså accelerationen störst just när den övergår från att vara en hastighetsminskning till att bli en hastighetsökning.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jill, 21: Varifrån kommer energin till kontinentaldriften?
Svar: Jordens inre håller en hög temperatur och stora delar av dess inre är flytande vilket leder till konvektionsströmmar som påverkar kontinentaldriften. Energin bakom detta är till stor del radioaktivt sönderfall. En annan energikälla som har betydelse för hur kontinentalplattorna rör sig är de effekter som beror av andra himlakroppar, framför allt månen. På samma sätt som tidvatten alstras kommer även jordens fasta del att hela tiden "knådas" vilket tillför energi som alltså tas från himlakropparnas banrörelse och rotation.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Marcus, 13: Att endast påverkar andra kroppar via gravitation och inte göra av med egen energi, är inte det ett otroligt intelligent sätt och färdas genom universum, typ, månen..
Svar: När man vill färdas ut i rymden är ju det första problemet att komma loss från jordens gravitation, vilket kräver en hel del energi. När en rymdsond väl har lämnat jorden så kan man utnyttja gravitation på så sätt att man lägger sin bana så att den går på rätt avstånd från någon lämplig planet, varvid rymdsonden genom inverkan av gravitationen från den närbelägna himlakroppen kan ökar sin rörelseenergi, och därmed sin hastighet. Vad man gör då är egentligen att "låna" lite av planetens banenergi. Metoden brukar kallas "slingshot" och används flitigt av interplanetariska rymdsonder.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Majne, 12: Hur räknar man ut lägesenergin ?
Svar: Hej Majne. Om du vill bestämma lägesenergin för en kropp måste du först bestämma en nollpunkt. Om du vill bestämma lägesenergin för en t.ex. en liter mjölk kan det vara naturligt att välja golvet som nollpunkt. Om du sedan lyfter upp mjölkpaketet på en hylla så att det står 1 meter ovanför golvet så får du lägesenergin av den enkla formeln
m x g x h där m är massan (som är ungefär 1 kg för ditt mjölkpaket), g är en konstant som kallas tyngdacceleration och har värdet 9,81 och h är höjden som vi sa var 1 meter. Multiplicerar du detta får du 1x9,81x1 = 9,81 J, där J står för sorten Joule. Ditt mjölkpaket har alltså lägesenergin 9.81 J relativt golvet när det står på en hylla 1 m upp.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Gustav, 20: Sätter just nu upp en innervägg och kom att tänka på en del frågor om isolering.
1. Om nu isoleringsmaterialen isolerar genom sitt luftinnehåll, varför behöver man överhuvudtaget isolering? Jag antar att det gör luften mer stillastående, men funkar då det överhuvudtaget att isolera med bara luftspalt? Om den varma luften stiger uppåt borde man iaf inte behöva isolera i golv.
Och kan det verkligen stämma det som brukas sägas att man ska klä sig med flera tunna lager just eftersom luften mellan dom isolerar? -den borde bytas ut väldigt ofta.
2 Det känns lite fånigt att använda samma isoleringsmaterial som används i ytterväggarna för värmen också i innerväggarna som bara behöver ljudisoleras. Finns det inget enklare sätt. Vad avgör om ett material är en bra ljudisolerare? Varför försvinner ljud så effektivt när man stoppar huvudet under vattnet i badkaret?
Svar: Transport av värmeenergi sker genom tre fysikaliska fenomen: värmeledning, strålning och konvektion. Att fasta material leder värme olika bra märks t.ex. genom att hålla i skedar nedsänkta i het vätska. Silver leder utmärkt, rostfritt halvbra och plast leder dåligt. Strålningsvärme sänds ut av alla kroppar, och känns t.ex. när man befinner sig med handen nära en spisplatta. Värmestrålningen är en elektromagnetisk strålning liksom ljus, och fortplantar sig i vakuum. Med konvektion menas att en gas som luft värms upp på ett ställe varvid den expanderar vilket leder till en strömningsrörelse som gör att gasen förflyttas till ett annat område där den avger sin värme. Isolermaterial i väggar och kläder är främst till för att minska konvektionsöverföring. Om du bara har en luftspalt mellan två ytor kommer temperaturskillnaden mellan dem att ge upphov till konvektion och stor värmeöverföring vilket minskas genom att dela upp volymen i massor med småvolymer genom att fylla utrymmet med fibermaterial, skumplast etc. Det stämmer som du säger att konvektionen borde bli mindre i en horisontell konstruktion där ovansidan av spalten är varmare än undersidan, som i ett golv. I praktiken lär dock små temperaturvariationer ge upphov till luftströmmar så att värmeöverföringen ändå minskar med ett isolermaterial.
Ljudöverföring sker med andra mekanismer, så det är inte alls självklart att samma typ av isolermaterial passar där. När det gäller ljud i en byggnadskonstruktion så skiljer man på luftburet ljud och stomljud. God ljudisolering uppnås när de molekylvibrationer som utgör ljudvågor dämpas så att energin överförs till värme. Det luftburna ljudet dämpas bra av de fibermaterial som också används för värmeisolering, medan dämpning av stomljud kräver andra åtgärder.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Gabriel, 20: Hej. Är det så att ju mera hästkrafter det är i bilen desto snabbare är den eller påverkar det accelerationen dvs hur snabbt man kan nå en viss hastighet som 0-100kmh? Finns det också kombination mellan hk och bilens totala vikt.
Svar: Hej Gabriel: Låt oss först anta att bilen är försedd med en perfekt växellåda så att motorn kan utveckla sin fulla effekt vid all möjliga farter. Topphastigheten blir då beroende av motoreffekten och de friktionsförluster som uppstår vid hög fart vilka främst är luftmotstånd men även rullmotstånd. Hög motoreffekt och aerodynamisk form är alltså viktigt för topphastigheten. Bilens vikt påverkar rullmotståndet men har ingen betydelse för luftmotståndet som beror av karossens form, så vikten är alltså inte så väsentlig för topphastigheten. När det gäller accelerationen är situationen annorlunda. Även om både luftmotstånd och rullmotstånd var noll så krävs det en viss motoreffekt för att accelerera upp bilen till en viss hastighet på en viss tid, och den effekten är direkt beroende av bilens vikt. Gör man beräkningen för det ideala fallet utan friktion och sätter in värdena 100 Hk och vikten 1000 kg så finner man att bilen skulle accelerera till 100 km/h på 5,2 sekunder. Luftmotstånd och annat gör förstås att den verkliga tiden blir väsentligt längre. Fördubblar du bilens vikt så fördubblas även tiden att nå 100 km/h. För accelerationsprestanda är alltså kvoten effekt/vikt en väsentlig siffra.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Daniel och Mattias, 13: Hej!
Jag undrar varför inte schampolöddret och sköljvattnet är färgat trots att schampot kan ha en stark färg?
Svar: Hej Daniel och Mattias. I det flesta fall är det ljus som faller in mot ett föremål som t.ex. en schampoflaska vitt, dvs. det består av en blandning av olika våglängder. Att schampot i flaskan har en viss färg beror på ett fenomen som kallas ljusspridning, och som innebär att ljus med en viss våglängd (dvs en viss färg) "studsar runt" i vätskan tills de lämnar flaskan och sedan når dina ögon. Andra våglängder dämpas kraftigt och försvinner. Späder man ut schampot och borstar upp ett lödder så får man en stor mängd tunna väggar mellan "såpbubblorna" och nu kommer det vita ljuset som faller in mot löddret att till största delen reflekteras i dessa väggar som beter sig som små speglar. Eftersom dessa speglar reflekterar ungefär lika bra för olika våglängder så kommer det ljus som hittar tillbaks till ditt öga att se vitt ut.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Peter: Om en person står på Mars, och en annan person står på Jorden, både har de jätteteleskop riktade mot varandra, båda kommunicerar med varandra via teckenspråk. Är den kommunikationen snabbare, än om man hade kommunicerat via radio? Blir det någon form av fördröjning, som det blir med radiovågor.
Svar: Hej Peter. Ljus och radiovågor hör båda till samma typ av vågor, som gemensamt kallas elektromagnetiska. Sådana vågor rör sig alla med ljushastigheten
(ca 300.000 km /s) så kommunikationen med teleskop och radio sker alltså med exakt samma hastighet.Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jonathan, 18: Hur mycket påverkar en förhöjning av vattenånga i atmosfären växthuseffekten? Om fusionskraft blir en realitet så lär bränsleceller bli vanligare när bränslet är nästa grattis. Bränsleceller har ofta 100% vattenånga som avfall. Kommer all denna vattenånga vara värre än dagens koldioxid?
Svar: Hej Jonathan. Det stämmer att vattenånga är den väsentligaste gasen för uppkomst av växthuseffekten. Det är också viktigt att först konstatera att växthuseffekten som fenomen inte är något negativt, utan tvärtom något som är nödvändigt för vår existens på planeten, eftersom temperaturen på jorden annars skulle vara för låg för den sorts liv vi har. Vad som är det stora problemet är att människans industriella framfart under de senaste seklet verkar ha ökat växthuseffekten genom utsläpp av bl.a. koldioxid vilket kan få katastrofala effekter på klimatet. Eftersom vattenångan i atmosfären härrör från avdunstning från världshaven, så kommer andra källor som t.ex. bränslecellers "avgaser" att vara helt försumbara. Vad man kan fundera över är hur den temperaturökning som den mänskliga aktiviteten ger upphov till påverkar just avdunstningen från haven vilket sedan i sin tur påverkar växthuseffekten. Detta är exempel på vad som kallas "återkopplingsmekanism" och det är förekomsten av sådana fenomen som gör det så svårt att göra matematiska modeller för klimatpåverkan.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Mikael, 27: Tänk dig en mjölkförpackning som faller rakt ner från 1m höjd med botten först. Kollisionstiden med golvet är kort och det blir inga plastiska deformationer, således borde ett högt tryck fortplantas genom mjölken uppåt i förpackningen som en slags tryckvåg som rör sig uppåt. Är tryckvågen (energin) lika stor hela vägen upp till ytan? Vad händer med energin då tryckvågen når mjölkytan, komprimeras luften mellan ytan och förpackningsslutningen?
Svar: Med en mycket idealiserad modell av vad du beskriver skulle man kunna säga att när mjölkpaketet träffar marken komprimeras mjölklagret närmast botten och sedan kommer denna kompressionszon att röra sig uppåt som en ljudpuls i vätskan tills den kom till gränsytan mjölk-luft i överdelen av förpackningen. I gränsytan mellan två skikt med olika mekaniska egenskaper får man både en reflektion och en transmission av den ursprungliga pulsen, så en del av energin ger upphov till en ljudpuls i luften. Sedan skulle ljudvågen reflekteras i förpackningens vägg och resultatet skulle bli ett komplicerat mönster av stående vågor i förpackningen, både i luften och i mjölken. I praktiken skulle dessa pulser dämpas kraftigt, så att energin snabbt skulle övergå till värme. Det dröjer alltså inte länge förrän du har ett statiskt mjölkpaket på golvet som är lite varmare än det ursprungligen var.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Sandra 11, Malin 12, Alexandra 12: Hej! Vi undrar om man kan tända en tändsticka i rymden/prata i rymden ? Varför/varför inte? Vi undrar även, om det inte finns syre i rymden, hur kan då solen brinna?
Tack på förhand Sandra, Malin & Alexandra från Furulunds skola i Partille.
Svar: Hej på er. Ute i rymden råder det vakuum, vilket betyder att det inte finns några gaser alls, och då heller inget syre som ju krävs för vanlig förbränning. Just när man tänder en tändsticka är dock situationen lite speciell, eftersom den bruna tändsatsen längst ut på tändstickan är en blandning av kemikalier som både utgör bränsle och kan avge syre. Så vad som skulle hända om man försökte tända en tändsticka ute i rymden (eller i en vakuumkammare här på jorden) är att den först skulle flamma upp i någon sekund tills tändsatsen förbrukats, och sen skulle den slockna eftersom det inte finns något omgivande syre som behövs för att trästickan skall brinna. Eftersom ljud är tryckvariationer som rör sig i en gas så kommer inget ljud att kunna sprida sig i rymden. Däremot kan ju astronauter som har rymddräkter på sig tala med varandra eftersom de har radiotelefoner inbyggda i sina dräkter, och radiovågor rör sig alldeles utmärkt i rymden. Att solen kan "brinna" beror på att det där rör sig om en helt annan sorts brand än vanlig eld här på jorden. Vid vanlig eld frigörs energi därför att ett bränsle förenar sig kemiskt med syre. Vad som händer i solens inre, där det är många millioner grader varmt, är att lätta atomkärnor som väte kolliderar med så våldsam kraft att de förenar sig till tyngre heliumkärnor. Vid en sådan kärnreaktion, som kallas fusion, frigörs enorma mängder energi utan att något syre behövs.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Ola, 57: Är vi beroende av andra himlakroppar än solen, månen och jorden? Om man tänker sig att allt annat försvann helt plötsligt, hur skulle det påverka oss? Gravitationskrafterna från övriga himlakroppar är väl försumbara, men är tex. den kosmiska strålningen eller flödet av neutriner viktigt för livet på jorden?
Svar: Frågan är intressant och berör en fundamental aspekt som har att göra med det som kallas "Machs princip" se nedan. Om vi först bortser från vad Ernst Mach hade att säga skulle ett kortfattat svar principiellt vara: På kort sikt "ingenting", men vår vackra stjärnhimmel skulle förstås samtidigt försvinna och göra oss mycket förvånade.
Den kosmiska strålningen består främst av högenergetiska protoner och de påverkar troligen molnbildningen och därmed jordens klimat. Dessutom ger den kosmiska strålningen upphov till kol-14 som t ex används för åldersbestämning av t ex trä som upptagit koldioxid. Neutrinerna har mycket stor penetrationsförmåga och de kan t ex passera hela jorden utan att reagera eller påverkas. Vi skulle därför inte utan speciell mätteknik märka om flödet upphörde.
Vad var det då Ernst Mach sa? Jo, att all rörelse, även rotation, måste vara relativt någonting annat och att det därför är meningslöst att säga att en ensam kropp i universum roterar. Men om en ensam kropp inte kan rotera, så kan den heller inte uppleva någon centrifugalkraft, som är ett exempel på en tröghetskraft. Om detta stämmer blir konsekvensen att tröghetskrafter på något sätt alstras av den totala massan i universum, och då skulle effekterna bli dramatiska här på jorden om resten av universum försvann! Det finns dock inget bevis för att Machs princip skulle gälla även om den kan verka trolig, och trots att det var en inspirationskälla för Einstein när han formulerade sin allmänna relativitetsteori, så visar det sig att denna teori inte innefattar Machs princip.Lennart Samuelson, docent i fysik
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Thomas, 40: Jag och en arbetskamrat undrar över det optiska(?) fenomen som gör att man ser tydligare (mindre suddigt) om man betraktar ett föremål genom ett litet hål. Jag är närsynt och kan på detta sätt se föremål på långt avstånd tydligare. Min kompis är långsynt och har svårt att läsa på nära håll, men genom att titta genom ett litet hål kan han läsa på nära håll. Hur kommer det sig? Tack på förhand!
Svar: Förutsättningen för att man skall se skarpare när man kisar är att man ej ser skarpt utan att kisa, dvs att ögat är lite felinställt. Detta innebär att ljuset från en punkt i föremålet man betraktar ej bryts ihop till en punkt på näthinnan, utan till en liten cirkel. Detta gäller t.ex när man är närsynt och betraktar ett föremål på långt avstånd. Situationen är densamma som för en kamera som ej är korrekt fokuserad. Om man minskar bländaröppningen i kameran kommer dock den alstrade bilden att få ett större skärpedjup. Detta betyder att ett avståndsintervall runt den inställda fokuspunkten som ändå upplevs som skarpt blir större. Fotot taget med liten bländare kan alltså ge bra skärpa trots att inställningen ej är den perfekta. Samma sak för ögat: För den närsynta personen kan fokuspunkten ej förläggas långt bort (i oändligheten), men genom att kisa (=blända ned) blir skärpedjupet större så att avlägsna föremål ändå tycks skarpa, trots att de ej ligger i fokus. Skälet till att en liten bländare ger stort skärpedjup, vilket alla som håller på med fotografi känner väl till och använder ofta, är dock ganska komplicerat och framgår ej av de enkla linsformlerna där man förutsätter tunna linser.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Malin, 17: Vad är eld? Är eld materia eftersom att det går att se, eller är det bara ett ljusfenomen? Och varifrån kommer i så fall ljuset? Är det energin som frisläpps som omvandlas till ljus?
Svar: Eld är en kemisk reaktion som avger energi vilket normalt sker genom att ett bränsle förenas med syre varvid energin ger upphov till hög temperatur och förgasning, varvid små heta partiklar i den avgivna gasen kommer att glöda och avge flammor. Alla kroppar som når en viss temperatur börjar glöda, dvs avge ljus. Ju högre temperatur, desto kortvågigare strålning, vilket vi uppfattar som vitare eldsken.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Frida,14: Hur kommer det sig att man kan bestämma massan på en kork genom att släppa ner den i ett mätglas innehållande vatten?
Svar: Hej Frida. Arkimedes princip säger att om ett föremål flyter så är dess massa lika stor som det undanträngda vattnet. Om du fyller mätglaset precis till kanten, och sen lägger i en kork så kommer en del av vattnet att rinna över. Om du nu tar bort korken kan du avläsa på mätglaset hur mycket vatten som runnit ut, och den mängden svarar då precis mot korkens vikt. Eftersom vatten har tätheten 1000g/liter, så väger varje milliliter precis ett milligram vilket gör det extra lätt. Observera att metoden endast fungerar om det du lägger i flyter!
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Thomas, 18: Förutsättningarna är följande:
En personbil färdas i V km/h och i baksätet bakom föraren ligger en låda löst med massan M kg (lådan är mao inte fastspänd).
Hur stor kraft slår mot förarens rygg när han "ställer sig på bromsen" respektive när han kör in i en bergvägg?
Svar: När bilen bromsas kommer förarens rygg att pressa mot lådan med en kraft som motsvarar lådans massa M gånger accelerationen a, där a i detta fall är negativ eftersom lådan saktas ned snarare än ökar sin hastighet. Om man antar att accelerationen är konstant under inbromsningen kan man använda ett samband för likformigt accelererad rörelse som lyder v^2 = v0^2+2ax, där v är sluthastigheten, v0 är begynnelsehastigheten och x är sträckan. I vårt fall är sluthastigheten noll, och x anger bromssträckan, vilket leder till ett uttryck för a: a= -v0^2/2x. Sätt in denna acceleration i Newtons andra lag (F= Ma) så erhålls F= -Mv0^2/2x. Minustecknet talar om att kraftens riktning är sådan att hastigheten minskar, och är oväsentligt här. Låt säga att bilens hastighet är 100 km/tim (=28 m/s) och att lådan väger 100 kg. Normal bromssträcka från 100 km/tim är 30 m, och med dessa siffror insatta erhålls kraften 1306 N, vilket uttryckt i kilopond (kp) är 133 kp. Kör man istället in i en bergvägg så svarar bromssträckan mot den längd av motorhuven som knycklas ihop, låt säga 1 meter. Sätt in denna bromssträcka i formeln ovan och du får en kraft av ca 4000 kp, dvs ungefär som om en elefant stod på ryggen. Inte nyttigt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Alexander, 21: Hur lång tid tar det för solen att rotera runt jorden?
Svar: Jorden och solen roterar tillsammans runt det gemensamma masscentrumet som ligger nära solens centrum eftersom solens massa är ca 300.000 gånger större än jordens. Det är därför motiverat att säga att jorden roterar kring solen. Förlägger man origo i sitt koordinatsystem till jordens medelpunkt så kommer solen att rotera runt jorden med exakt samma period som jorden rör sig runt solen, men det är ett mycket olämpligt val om man vill utföra några mekaniska beräkningar på himlakropparnas rörelser.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Glenn, 49: Vad händer med ett kylskåp om jag använder den i en omgivning som är kallare än temperaturen inne i kylskåpet. Ett kylskåp står normalt i rumstemperatur och dess uppgift är att kyla varor till mellan +4 och + 8 C. Men om jag ställer kylskåpet i ett kallgarage som vintertid håller minusgrader, så måste kylskåpet plötsligt "värma" saker som ligger i kylskåpet. Klarar ett kylskåp detta ? Kan konstruktionen i sig fara illa?
Tack.
Svar: Hej Glenn. Kylskåpet har en termostat som startar kompressorn och kylsystemet om innertemperaturen är över den inställda. Om temperaturen ligger under den inställda stänger termostaten av kylsystemet, så det enda som lär hända med din kyl är att den kommer att stå avstängd varefter temperaturen sakta kommer att sjunka när värmen läcker ut ur skåpet tills dess du har samma temperatur inuti som utanför. (Här har jag antagit att ditt garage är tillräckligt stort och dåligt isolerat så att det ej värms upp nämnvärt när kylskåpet är i drift. Kylskåpet avger ju en viss värme utåt när det går) Att kylskåpet skulle ta någon skada av att stå kallt har jag svårt att tro. Kontrollera dock för säkerhet skull med en representant för just ditt fabrikat.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Arvid, 15: Finns det något perfekt klot?
Svar: Hej Arvid. Ett perfekt klot är ju egentligen en idealisering där man menar en kropp som har perfekt sfärisk form. Eftersom varje materiellt klot måste vara uppbyggt av atomer så blir ju ytan "skrovlig" på atomär nivå även om atomerna kunde placeras i exakt rätt position, så något perfekt klot är det ju inte. En ensam väteatom i sitt grundtillstånd har dock perfekt sfärisk symmetri hos den elektronfördelning som omger protonen. Att kalla en ensam väteatom för ett klot kan väl dock synas lite långsökt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Erik, 38: Finns det något ämne som sjunker i temperatur när det utsätts för elektrisk spänning? T.ex 12-volt.
m v h Erik
Svar: Det finns något som kallas "Peltiereffekten" och som innebär att man kan erhålla en temperaturskillnad mellan två material som befinner sig i elektrisk kontakt med varandra om man driver en ström genom gränsskiktet. Den här effekten används praktiskt t.ex. i eldrivna kylväskor som normalt körs på 12 V likström från t.ex. ett bilbatteri. Eftersom det inte är ett speciellt effektivt sätt att alstra kyla så används det dock inte i våra vanliga kylskåp.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Ackim, 19: Påverkar månen vår gravitation på jorden? Hur då i så fall?
Svar: Ja, det gör den. Står man på ekvatorn med månen rakt ovanför sig så utsätts man för jordens dragningskraft (nedåt), månens dragningskraft (uppåt) och en centrifugalkraft alstrad av jordens rotation som verkar uppåt. Effekten av månens gravitation är visserligen liten, men räcker för att ge upphov till tidvattenfenomenet. Om man gör en ordentlig analys av det roterande systemet finner man att det kommer att bli en "vattenbulle" riktad både mot månen och en riktad åt andra hållet på jordens "baksida". När jorden roterar kring sin axel kommer dessa "vattenbullar" att röra sig relativt jordytan och ge upphov till flod två gånger per dygn.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Robin, 17: Jag har en fråga som kan tyckas vara oseriöst. Om en fluga som flyger i en bil som färdas i 70km/h, färdas den också i 70km/h? Är detta pga saknad av friktion mot något annat än den luften som är i bilen?
Svar: En kropp som inte utsätts för några krafter fortsätter sin rörelse rätlinjigt med konstant hastighet. Flugan behöver alltså inte utsättas för något tryck från luften för att röra sig med samma fart som bilen, det gör den ändå. Om bilen bromsar fortsätter dock flugan framåt och slår i vindrutan om den inte samtidigt börjar flyga bakåt så den undviker kollisionen. För att flyga bakåt krävs dock "friktion" mot luften vilket den uppnår genom att röra sin vingar.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fredrik,18: Hej, Jag håller på att göra en fördjupning inom Fusion som framtida energikälla. Jag skulle uppskatta om ni kunde ge eran expertis och tankar om några frågor jag har. Tack på förhand.
1. Tror ni Fusion kommer bli framtidens Energikälla?
2. Hur lång tid tror ni isåfall det kommer ta innan det kan börja användas som Energikälla?
3. För- och Nackdelar?
4. Finns det bättre alternativ?
Övrigt?
Anledningen till att jag vill få reda på era synpunkter om ämnet är för att jag vill bilda en sån bred bild om ämnet som möjligt!
Skulle uppskatta ett snabbt svar
//Fredrik
Svar:
1: Mycket möjligt att fusionsenergi kommer att ge ett väsentligt bidrag till energiförsörjningen i framtiden, då i första hand elenergi. Man kan dock tänka sig att elenergin används för att framställa vätgas som skulle kunna bli framtidens bränsle för mycket av transportsektorn.2. Forskningen är (och har varit) intensiv under det senaste halvseklet, och såvitt jag kan erinra mig har det under hela perioden oftast talats om en tidshorisont av "ca 50 år". Den som lever får se om vi har storskaliga fusionskraftverk om 50 år.
3. Fördelen är ett praktiskt taget outtömligt förråd av bränsle, eftersom tungt väte finns i havsvatten. Nackdelar är att det är oerhört tekniskt komplicerat att hantera det ultraheta plasma (ca 100 millioner grader) som krävs för att fusionsreaktionen skall upprätthållas. Vad gäller radioaktivitet så saknar visserligen en fusionsreaktor det radioaktiva bränsle som en fissionsreaktor har och som måste slutförvaras, men den kraftiga neutronstrålning som fusionsprocessen gen upphov till kommer ändå att alstra radioaktiva ämnen i reaktorns väggar. En fusionsreaktor lär dock vara bättre än en fissionsreaktor ur radioaktivitetssynpunkt.
3, 4. Ur miljösynpunkt är de förnyelsebara energikällorna som sol, vind och vattenkraft att föredra, men frågan är det kommer att räcka med dessa.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jan, 37: Goddag. Jag har en åskledare på mitt hus som är kopplad till en nedgrävd jordledare. Om mina barn springer omkring i närheten av denna jordledare när åskan slår ner finns det då risk att strömmen går genom mina barn istället för att "spridas" endast i jorden?
Orolig förälder//
Svar: Hej Janne. Din oro är befogad, eftersom ett blixtnedslag som leds ned i en viss punkt i jorden leder till att en stark strömpuls kommer att gå i marken, riktad radiellt ut från nedslagsplatsen. Eftersom marken har en viss resistans kommer då två punkter som ligger på olika avstånd från nedslagspunkten att ha olika elektrisk potential, så om man står med ena benet närmare nedslagspunkten kan strömmen ta vägen från ena benet, genom kroppen och ut i det andra benet. Stort avstånd mellan benen och låg resistans mellan marken och fötterna förvärrar situationen. Detta är givetvis de som bygger åskledare medvetna om, och man försöker motverka effekten genom att t.ex. låta jordkabeln gå ett varv runt husgrunden, s.k. ringjord. Hur just din åskledare är utformad är ju inte så lätt att veta utan att gräva upp den, så mitt råd blir att undvika att vara i närheten av jordpunkten. Att låta dina barn leka nära åskledarens jordningspunkt när det finns risk för åska bör du alltså undvika.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Lena, 49: Hur uppstår isotoper, eller eg. hur kommer neutronerna in/ut ur atomkärnan.
Svar: Hej Lena. Vilket grundämne som en kärna utgör ges ju av dess atomnummer som anger antalet protoner, och därigenom även antalet elektroner vilket i sin tur bestämmer de kemiska egenskaperna. För de flesta grundämnen finns det flera kärnor eftersom de kan ha olika antal neutroner, så vi har flera isotoper. Ett ämne kan alltså ha många stabila isotoper. Det är ju just faktumet att de är stabila, dvs ej sönderfaller, som gör att de fortfarande finns kvar sedan de en gång syntetiserats i någon stjärna eller supernova. Fördelningen av de olika stabila isotoperna har att göra med de kärnreaktioner i vilka de en gång bildades. Sen har vi ju alla instabila isotoper varav de allra flesta bildas som resultat av en tyngre kärnas radioaktiva sönderfall, vilket sker i långa serier. Dessa kärnor kan vara oerhört kortlivade, men varje sönderfallsserie måste börja med en isotop vars halveringstid är oerhört lång, eftersom den måste finnas kvar ifrån den ursprungliga syntetiseringen. Så kan ju isotoper också bildas genom bestrålning vilket sker båda naturligt som t.ex. bildandet av C14 i atmosfären och artificiellt genom bestrålning med neutroner. Att en neutron kan komma in i en kärna är inte så konstig, eftersom den upplever en oerhört stark attraktion när den kommer tillräckligt nära pga. den s.k. "starka kraften" samtidigt som den är elektriskt neutral och allts ej upplever någon elektrostatisk repulsion. Vad som händer när den väl kommit in är dock oerhört komplicera och fortfarande i många delar outforskat.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Patrik, 20: Jag har en fråga angående densitet. Eftersom en viss volym innehåller i stort sett samma mängd atomer så kommer grundämnen vars atomkärnor innehåller fler nukleoner inneha högre densitet.
Är det alltid så att ett ämnes densitet ökar med antalet nukleoner per atom? Spelar inte tätheten mellan atomerna i ett ämne någon roll? Kan inte en viss volym innehålla såpass många fler atomer så att de påverkar densiteten? Vad i så fall ger upphov till att atomer sitter tätare?
mvh Patrik.
Svar: Hej Patrik. Trots att det finns en allmän trend i periodiska systemet att ämnen med hög atomvikt också har hög täthet, så finns det gott om exempel på att ämnen har högre täthet än andra, trots att atomvikten är lägre. Ta t.ex. Platina, Guld och Bly som har atomvikterna 195, 197 och 207. Deras tätheter är 21.4, 19,3 och 11.3 kg/dm^3 så här är det helt omvänt. Det spelar alltså stor roll hur atomerna är packade, och detta beror av hur de yttre elektronerna som deltar i kemiska bindningar är konfigurerade. Detta påverkar i sin tur ämnenas kristallstruktur som spelar stor roll för hur tätt atomerna kommer att packas.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Anna,15: Hejsan! jag undrar vad en händelsehorisont betyder i en mening som -ett svart hål är ett område i rymden, begränsad av en händelsehorisont, vars radie...
skulle bli mycket tacksam för svar
mvh Anna
Svar: Hej Anna. Ett svart hål är vad som blir kvar när en väldigt tung stjärna kollapsar, dvs när gravitationen drar ihop materien till en "massklump" med allt mindre volym så att tätheten ökar. När denna process når en viss grad så inträffar en rad konstiga saker enligt den allmänna relativitetsteorin som beskriver hur massa och gravitation hänger ihop. Vid en viss täthet så kan ingenting lämna massklumpen eftersom gravitationen är så stor, vilket även gäller ljus och annan typ av strålning. När tätheten har nått detta värde så har ett svart hål bildats. Händelsehorisonten är den gräns som man passerar när man inte längre har någon chans att fly från det svarta hålet, och obönhörligt kommer att sugas in och försvinna för alltid. Passa dig för händelsehorisonten!
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Björn, 25: Hej! Har en fråga om hur ett fartygs vikt påverkar den underliggande havsbotten. Det jag undrar är om vikten bara påverkar botten just under fartyget eller om det sprider sig jämnt över hela sjön.
Svar: Hej Björn. Om du har ett vätskefyllt kärl så kommer kraften som påverkar bottenytan att bero av massan hos vätskan och däri flytande kroppar. Mäter du trycket på bottenytan så kommer det att vara helt jämnt fördelat. I havet kommer även den totala tryckökningen att var helt försumbar, eftersom fartygens massor är helt försumbar jämfört med vattnets massa. Om båten rör sig kan man dock tänka sig att en tryckvåg sprids nedåt som kan detekteras på botten. Att trycket fördelar sig likformigt i en vätska utnyttjas t.ex. i hydraulsystem där huvudcylindern alstrar ett tryck oljan som blir lika i hela systemet. Den kraft som erhålles i hydrauldonet är då helt beroende av kolvens yta, eftersom kraft är yta gånger tryck.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Björn, 60: Hej. Kan växtlighetens olika rytm från sommar till vinter påverka jordens rotationshastighet? Finns det andra faktorer som påverkar rotationen?
undrar Björn!
Svar: Hej Björn. De små massförskjutningar som variationer i växtlighet ger upphov till under säsongerna kan knappast ha någon mätbar effekt på jordens rotation. I princip så gäller att himlakropparnas rörelser skulle vara helt konstant om de vore helt stela kroppar som rörde sig i vakuum. Nu är ju inga kroppar helt stela, vilket innebär att de i någon mån ändrar form, "knådas", när de utsätts för krafter. Ett typiskt exempel på detta är tidvattenfenomenet. Dessa effekter leder till att energi förloras som värme, och påverkar rörelserna mätbart. Ett tänkbart sätt på vilket organiskt liv skulle kunna påverka jordrotationen över långa perioder är följande: Organiskt liv har haft en drastisk inverkan på atmosfärens sammansättning, och man kan tänka sig att denna förändring har gett skillnader i klimatet som i sin tur påverkar mängden is i världshaven vilket borde kunna ha en liten effekt på jordrotationen.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Erik, 20: Hur stor massaminskning får jag om jag har 100gradigt vatten och låter det svalna till 0 gradigt? och hur räknar jag ut det?
Svar: Hej Erik. Den enda massförändring som en temperaturminskning ger upphov till är den relativiska effekten som säger att en viss energi E svarar mot massa m enligt det berömda sambandet E=mc^2. Massändringen när du kyler vatten är knappast mätbar, och alltså i praktiken helt ointressant. Vill du ändå räkna ut den så erhåller du energiförändringen när du låter vattnet svalna genom att ta massan gånger temperaturskillnaden gånger vattnets värmekapacitivitet, och sedan sätta in det i det relativistiska sambandet ovan. Stoppar man in dina värden blir det 4.6 x 10^-12 kg.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Christine, 22: Hej! Jag sitter med några fysikfrågor som handlar om relativitetsteori. Hoppas att ni vill hjälpa mig reda ut dem.
Hur många sekunder skulle en klocka som rör sig med 1% av ljushastigheten förlora / dag?
Halveringstiden för myoner är 1,5 mikrosekunder. Hur stor är då halveringstiden hos en stråle av myoner som rör sig med 99,5 % av ljushastigheten?
Oerhört tacksam om ni vill hjälpa mig med dem.
Mvh Christine
Svar: Hej Christine. Om klockan rör sig relativt en observatör, kommer observatören att mäta en längre tid. Om klockan rör sig med 0.01c blir den av observatören uppmätta tiden 1.00005 gånger längre, dvs ett dygn blir 4.3 s längre. För myonen blir tiden en faktor 10 längre, så halveringstiden blir 15 mikrosekunder uppmätt i labbet. Formlerna för detta hittar du i varje bok som behandlar den speciella relativitetsteorin. Det knepiga är ofta att veta vilket tidsintervall som förlängs. Begreppet "proper time" kan vara av hjälp. "Proper time" är det tidsintervall som mäts upp i samma koordinatsystem som det där händelsen sker. Mätningar i alla system som rör sig relativt detta blir längre. I fallet med myonen är det 1.5 mikrosekund som är "proper time", och mätningen i laboratoriet ger alltså ett större värde.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Åke, 75: Hej igen. Nu kommer jag med ett nytt problem som jag länge funderat på. Det handlar om två klot som verkar vara exakt lika: de har samma form, massa och volym och det är för mig omöjligt att skilja dem åt på något sätt. Ett yttre skikt av samma metall omger i båda fallen de två kloten men sedan har man manipulerat. Det ena klotet består nämligen av en kompakt massa medan det i det andra klotet finns ett lufttomt utrymme i centrum. För att kompensera viktminskningen i detta fyller man detta klot med ett tyngre material, så att de givna förutsättningarna gäller. Frågan är nu hur man gör när man skall skilja de båda kloten åt utan att bruka våld?
Åke på Frösön
Svar. Hej Åke! Att skilja på kloten är lätt, du låter dem helt enkelt rulla nedför ett lutande plan varvid det klotet som är ihåligt, och alltså har sin massa förskjuten mot ytan, kommer att komma ned sist. Observera att kloten måste rulla, om de istället glider ned utan att rotera så blir det ingen skillnad. Att det blir så här kan illustreras med en energibetraktelse. Om vi börjar med det ideala fallet att ett klot glider friktionslöst (utan att rotera) så kommer lägesenergin när klotet befinner sig högst upp att ges av El=mgh, där m är massan, g tyngdaccelerationen (9.81 m/s^2) och h rampens höjd, och när klotet kommit till sin nedersta punkt kommer all denna energi att ha omvandlats till rörelseenergi förknippad med mass-centrums translationsrörelse, Etr=mv^2/2 där v är mass-centrums hastighet. Om istället klotet rullar, så kommer det förutom den angivna termen för rörelseenergi att finnas en term som svara mot energin hos klotets rotation vilken ges av Erot=Iw^2/2 där I är klotets tröghetsmoment och w är dess vinkelhastighet. Tröghetsmomentet I anger vilket vridmoment som krävs för att erhålla en viss vinkelacceleration, och denna storhet beror av massfördelningen i klotet. Ligger massan fördelad närmare ytan är I större än om klotet är homogent. För det roterande klotet kommer alltså den ursprungliga lägesenergin att delas upp på en translationsdel och en rotationsdel, och ju större den senare är (stort I) desto mindre blir translationshastigheten.
Med vänlig hälsning
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Mehrdad, 40: Hej. Jag undra varför ljus passerar genomskinliga material. Eller vad är mekanismen för det? Går ljusvågor genom avstånden mellan materialens molekyler? Hur kommer det sig att en del elektromagnetiska vågor med längre våglängder (t.ex. radiovågor) och en del med kortare våglängder (röntgen) passerar t.ex. glas men ultraviolett filtreras?
Svar: Hej Mehrdad. För att besvara din fråga är det bäst att beskriva ljuset med en kvantmekanisk modell, där ljuset består av masslösa partiklar som kallas fotoner, och vars energi beror av deras våglängd. Ju kortare våglängd, desto större energi. I många andra fall beskrivs ju ljus med stor framgång som en vågrörelse, men i vissa fall är partikelbeskrivningen bättre. Att man har dessa två, på många sätt motstridiga, sätt att beskriva ljus är mycket märkligt. Att naturen beter sig på detta sätt är något som man helt enkelt får acceptera.
Om ett material är genomskinligt eller ej beror på om ljusets fotoner kan överföra sin energi till materialet eller ej, och här skiljer sig material åt. Många elektriskt isolerande ämnen består av kristaller som kräver att fotonerna har en viss minsta energi för att kunna överföra den till ämnet, och den här minsta energin kallas bandgap. Eftersom energin ökar när våglängden minskar, kan man tänka sig en situation där man belyser ett sådant ämne med vitt ljus (som är en blandning av våglängder) där då de "röda" (långvågiga) fotonerna passerar igenom ämnet eftersom de ej kan överföra sin energi, medan de "blå" (kortvågiga) fotonerna har en energi som är större än bandgapet och därför stoppas. Resultatet skulle bli att materialet såg rödaktigt ut om man håller det mellan ljuskällan och ögat. Alla metaller har den egenskapen att de kan ta upp fotoner oberoende av hur liten deras energi är, och därför är metaller också ogenomskinliga.
Detta är en enkel beskrivning av hur elektromagnetisk strålning beter sig när den träffar ett fast material, medan en fullständig teoretisk behandling är mycket komplicerad.Vänligen,
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Cathrin, 17: Hej! Jag undrar vad det är som får en atom att ta upp flera neutroner? Som tex "tungt" väte, vad är det som driver den till reaktionen?
Svar: Neutroner och protoner (gemensamt kallade nukleoner) strävar efter att inta positioner som minimerar den potentiella energin. Kraften mellan partiklarna är dock komplicerad eftersom den består både av en repulsiv elektrostatisk kraft mellan protonerna och den. s.k. "starka kraften" som är attraktiv för korta avstånd och verkar likadant på både protoner och neutroner. Man kan säga att den attraktiva kraften enbart verkar mellan nukleoner som ligger sida vid sida, medan protonerna känner den elektrostatiska repulsionen från alla de andra protonerna. En konsekvens av detta är att tunga kärnor behöver mer neutroner i förhållande till antalet protoner eftersom neutronerna då "klistar ihop" protonerna som annars skulle fara isär. Någon enkel förklaring till varför antalet neutroner också är begränsat känner jag inte till. Den kvantmekaniska beskrivningen av kärnan är mycket mer komplicerad än den av atomen, så en fullständig teori saknas.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Urban, 16: Om man fjärmar sig från jordytan påverkas man mindre och mindre av jordens dragningskraft. Hur långt upp måste en 50 kg tung person färdas för att väga 1 kg mindre.
Svar: Eftersom gravitationskraften F mellan två massor M1 och M2 ges av uttrycket F(r)=G(M1xM2/r^2) där r^2 står för avståndet mellan dem i kvadrat och G är gravitationskonstanten så erhålls sambandet F(R+X)/F(R)=(R/(R+X))^2 där R är jordens radie, F(R) är tyngdkraften vid jordytan och F(R+X) är tyngdkraften X km upp. (För en kropp på eller utanför jordytan kan man räkna som om all massa var koncentrerad i centrum). Ur denna ekvation och med R=6378 km får man lätt att om F(R+X)/F(R) =49/50 så blir X=65 km. Observera att våra rymdfarare som snurrar i kapslar runt jorden är tyngdlösa eftersom de befinner sig i fritt fall vilket är en konsekvens av att de befinner sig i en omloppsbana runt jorden. Rymdstationen ISS flyger ca 350 km ovanför jordytan, och sätter du in detta avstånd i formeln ovan så ser du att gravitationskraften på den höjden är ca 90% av den vid jordytan, men ändå befinner sig astronauterna i tyngdlöst tillstånd.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Daniel, 17: Hej! Faller en kropp med en tyngre massa snabbare än en lätt kropp med samma volym/utseende? Har en tyngre kropp högre maxhastighet?
MVH Daniel
Svar Hej Daniel. Om fallet sker i vakuum så att man inte har något luftmotstånd så faller alla kroppar med samma hastighet. För kroppar med hög täthet och måttlig fallhastighet gäller detta relativt väl även för kroppar som faller i luft, och det var detta som Gallilei lär ha demonstrerat genom att släppa olika kulor från det lutande tornet i Pisa. Detta var ett mycket väsentligt experimentellt faktum, eftersom det stred mot den då förhärskande och felaktiga föreställning om mekanik som kom från Aristoteles. För kroppar med låg täthet spelar givetvis luftmotståndet en avgörande roll, och om hastigheten är tillräckligt hög så dominerar denna effekt även för kompakta kroppar. Vid ett fall i luft kommer alltså alla kroppar att för eller senare uppnå en maximal gränshastighet som beror både av täthet och form. Om formen är densamma kommer den som är tyngst (dvs har högst täthet) att erhålla högsta gränshastighet.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Karl, 24: Vad är det som gör att om man leder ström genom en metalltråd så börjar den till slut glöda?
Svar: En elektrisk ström i en metalltråd består av lättrörliga elektroner som har negativ elektrisk laddning och som drivs fram av ett elektriskt fält. Även om de är lättrörliga så kommer de ibland att stöta på hinder varvid de bromsas så att en del av deras energin övergår till värme. Man kan säga att det uppstår en viss "friktion" mellan elektronerna och orenheter i metallen som leder till värme. Det här beskriver man som att ledaren har ett visst elektriskt motstånd vilket mäts i sorten Ohm. Det primära är alltså att den elektriska strömmen värmer metalltråden, som då kommer att glöda vilket är ett fenomen som inte har direkt med elektricitet att göra eftersom den kommer att sända ut samma ljus oberoende av hur den är uppvärmd. Ju högre temperatur, desto mer kortvågigt och "vitt" blir ljuset.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Therese,16: Jag undrar om det finns något (tex värmestrålning, växthuseffekten) som påverkar jordens inre ( tex värmen) och naturkatastrofer tex. jordbävning?
Svar: Hej Therese. Frekvensen av naturkatastrofer som direkt beror av vädret, så som torka, orkaner, tornados etc, kommer påverkas om jorden får ett varmare klimat, vilket kan ske på grund av växthuseffekten, men som också kan bero på andra saker som tex. solens energiutstrålning. Jordbävningar sker när de spänningar utlöses som bildas när kontinentalplattorna rör sig relativt varandra. Att detta skulle påverkas av det som händer i atmosfären, dvs. vädret, verkar inte troligt. Däremot skulle man kunna tänka sig att månens och solens dragningskraft påverkar jordbävningar. Vi vet ju att ebb och flod beror på detta och samma krafter verkar ju hela tiden även på jordens fasta massa. Man skulle då kunna tänka sig att när spänningen mellan två kontinentalplattor är så hög att de är nära att förskjutas, så kommer den extra påverkan från månen och solen att bli den utlösande faktorn. Man har undersökt om det finns ett samband mellan jordbävningar och månens faser, men verkar inte ha hittat något samband.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Frida, 14: Varför tappar inte en raket farten då den befinner sig i rymden?
Svar. Hej Frida. Newtons andra lag säger att ett föremål som inte påverkas av några krafter kommer att bibehålla sitt rörelsetillstånd. Det betyder att en rymdfarkost som befinner sig så långt ute i rymden så att vi kan bortse från gravitationskrafterna från närbelägna himlakroppar kommer att röra sig med konstant hastighet. Den kommer alltså att fortsätta att röra sig rätlinjigt med samma hastighet ända tills någon kraft börjar verka på den, tex. gravitationen från en himlakropp som kommer närmare eller att man slår på en raketmotor ombord.
Vänligen
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Amanda, 14 år: Hej! Jag undrar om ni kan förklara vad en elektromagnet och vad man kan man använda en sådan till och vad man kan använda dom till om man ökar magnetismen alltså varven runt spolen eller styrkan i strömmen.
Tack på förhand!
Svar: Hej Amanda. Magnetism uppstår runt elektriska strömmar, och om man lindar ledningstråd i flera varv så får man en elektromagnet. Ett annat sätt att öka styrkan hos det magnetiska fältet är att linda ledningarna runt ett ferromagnetiskt material, tex. järn. Det finns alltså tre sätt att öka styrkan hos magnetfältet:
1 Öka strömmen i ledningstråden. Ett knep att göra detta är att kyla ner ledningstråden till väldigt låg temperatur så att den blir "supraledande" vilket betyder att dess elektriska motstånd nästan försvinner, vilket innebär att strömmen kan ökas kraftigt.
2. Öka antalet varv tråden lindas.
3. Linda tråden runt ett ferromagnetiskt material.
Att förklara varför magnetism uppstår är inte så lätt. Det är helt enkelt en grundläggande egenskap i vår värld att elektriska laddningar som rör på sig (dvs. en elektrisk ström) ger upphov till ett magnetsikt fält.
Elektromagneter är av enorm teknisk betydelse, eftersom alla elektriska motorer använder dem. De används även för att kunna lyfta saker av järn med stora kranar.Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysi
Ekaterina, 17: Hej! Jag vet att gravitation är så oerhört svag kraft att det svårt att utföra experiment i laboratorer. Men varför är det så?
Svar: Det stämmer att gravitationen är en extremt svag kraft om man jämför med de andra grundläggande krafterna i vår värld. Den elektrostatiska kraften är t.ex. ca 10^36 gånger starkare (en etta följd av 36 nollor!) än gravitationen. Det här kan tyckas strida mot våra vardagliga erfarenheter, eftersom vi märker mycket mer av gravitation än elektrostatiska krafter, som på sin höjd gör det besvärligt att fästa en bit tejp där vi vill. Skälet till att det är så här har att göra med att den materia vi har omkring oss har (nästan) exakt lika mycket positiv som negativ laddning, vilket gör att den elektrostatiska kraften från + och - laddningar tar ut varandra. När det gäller gravitation så finns det ju inte massa av "olika tecken", så en liknande utjämning kan ej ske för gravitation, varvid den kommer att verka med sin fulla styrka. Någon förklaring till "varför" gravitationen har den styrka den har är inte lätt att ge. Det är helt enkelt en grundläggande egenskap i vår värld.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Annette, 42: Hej, jag får mycket stötar och speciellt nu när det är kallt utomhus, men även på den varmare delen av året. Jag har alltid fått det. Jag har frågat runt en del och alla verkar inte få stötar så ofta som jag. Får en del mer stötar än andra och varför i så fall. Till saken hör att jag tycker att det är riktigt obehagligt, jag tycker att det gör ont, så jag skulle vilja veta om det går att undvika. Jag har ju märkt att vissa kläder gör saken värre, syntet t ex, och vissa skor, naturmaterial är alltid bättre. Bilen är hopplös med syntetklädsel och luftkonditioneringen. Är det olika för oss människor och kan man göra någonting för att undvika det?
Tacksam för svar.
Svar: Den stöt man kan få när man vidrör ett metallföremål efter att ha suttit på en stol av syntetmaterial har att göra med att en liten mängd elektrisk laddning lämnat eller tillförts kroppen så att den blivit uppladdad. Elektrisk laddning överförs när två olika material kommer i kontakt med varandra, så uppladdning kan ske tyget i kläderna är i kontakt med möbeltyget. Om en sådan obalans i laddning uppstår i vår kropp tex.. genom att vi gnider mot ett stolstyg samtidigt som vi är väl isolerade från omgivningen, kan den laddning vi erhållit ge en spänningsskillnad av ca 15.000 V jämfört med omgivningen. Om vi då vidrör ett jordat föremål kommer laddningen att utjämnas varvid det flyter en liten ström mellan oss och föremålet. Eftersom spänningen är hög sker laddningsöverföringen som ett överslag som ger en gnista, vilket känns obehagligt. Textilierna i kläder, möbeltyger och mattor spelar, som du anmärker, stor roll, vilket även luftfuktigheten gör. Annars har jag svårt att tro att det skulle skilja mellan olika personer. Möjligen skulle hudresistans och svettning kunna spela en viss roll, men mest är det nog att de personer som upplever stötarna som obehagliga ser det som ett större problem. Detta är dock även ett industriellt problem, eftersom elektronik är känslig för de här urladdningarna. Speciella lokaler och speciella skor används för att minska problemet. Det bör alltså finnas goda möjligheter att minimera effekterna om du störs av dem.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
André, 15: När man bryter ljudvallen hörs det ju en stor knall. Om man(teoretiskt) skulle åka snabbare än ljuset blir det då en stor blixt (el. liknande)?
Svar: Ljushastigheten i vakuum utgör en gränshastighet som inga materiella kroppar kan överskrida, men eftersom ljushastigheten i olika genomskinliga material är lägre än ljushastigheten i vakuum, så händer det att partiklar rör sig fortare än ljuset i det omgivande materialet. För dessa partiklar kommer ett fenomen som liknar ljudbangen i luft att äga rum, vilket ger den blåa strålning som man ser i vattnet runt starkt radioaktiva ämnen som ju sänder ut snabba partiklar. Detta ljus kallas Cherenkovstrålning, och ses t.ex. i vattentanken på kärnreaktorer, vilket du nog sett på TV.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Britt, 46: En av mina högstadie elever frågade mig, varför Xenon lampor har ett så intensivt vitt ljus. Beror ljusstyrkan på Xenongasens egenskaper eller är det tekniken bakom som gör att lamporna anses så ljusstarka och bra?
Svar: Hej Britt. De xenonlampor som används i bilar är urladdningslampor av en typ som mera liknar lysrör än vanliga glödlampor. I en urladdningslampa joniseras gasen i lampkolven varvid frigjorda elektroner accelereras av ett elektriskt fält så att de träffar och joniserar nya gasatomer som ger mer elektroner etc. De gasatomer som förlorat en elektron kommer dock efter en kort tid att fånga in en elektron, och vid denna process utsänds ljus. Den här typen av lampor ger normalt ljus som har vissa bestämda våglängder (linjespekra) och genom att variera gas kan påverka vilken våglängd dvs.färg man får, vilket används i t.ex. neonskyltar. Xenon ger en våglängdssammansättning som går mer åt det blåa (kortvågiga) hållet om man jämför med glödlampor, och därför skiljer sig ljuset från bilar med xenonlampor från resten.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Sara 16: Varför är man tyngdlös i rymden? Kan man vara viktlös?
Svar: Hej Sara. En kropps massa som man ju mäter i kilo, spelar roll för två helt olika fysikaliska fenomen. En kropp med stor massa dras ju ned mot jordytan med större kraft än en med liten massa så vi säger att den med stor massa är tyngre. Tyngden beror alltså både av massan hos kroppen och på gravitationen på den planet där man befinner sig. På månen t.ex. är tyngden ca 1/6 av den på jorden. Det andra fenomenet som massan spelar roll för är hur mycket kraft som går åt för att accelerera kroppen, och det beror inte av gravitationen. En kropp som befinner sig ute i universum, långt från alla himlakroppar svävar tyngdlös men har fortfarande samma massa som på jorden, vilket betyder att det krävs samma kraft för att ge den en viss acceleration både ute i rymden och på jorden. När du ser bilder på astronauterna som svävar viktlöst i en rymdstation som går runt jorden är det lätt att tro att gravitationen från jorden skulle vara noll därute. Detta är dock fel, eftersom rymdstationens bana bara ligger 350 km ovanför jorden vilket inte är mycket jämfört med jordradien på ca 6350 km. Jordens gravitation på den höjden är ca 90 % av den vid jordytan, och ändå svävar astronauterna! Skälet till att de är tyngdlösa är att de, tillsammans med sin farkost, befinner sig i en omloppsbana kring jorden, vilket innebär att de hela tiden faller ned mot jordytan. Eftersom de även har en hastighetskomponent som är parallell med jordytan så kommer deras fria fall att göra att banan kröker sig så att avståndet till jordenytan förblir detsamma hala tiden.
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Fredrik, 25: Jag funderade lite över följande hypotetiska scenario:
Om man står i ett platt vidsträckt landskap och jordens rotationshastighet blixtsnabbt blir 0 km/h och står still under en sekund och sedan lika blixtsnabbt går tillbaka igen till sin originalhastighet, vad händer med en då? Skulle man t.ex. överleva den sekunden och efter en sekund (och en traumatisk resa) upptäcka att man befann sig någon kilometer längre bort i landskapet, eller skulle man brinna upp i atmosfären under sin korta resa? etc. Om man överlever resan vad blir ens troligaste dödsorsak den efterföljande tiden?
Svar: Låt oss göra tankeexperimentet du föreslår och även anta att friktionen mellan jorden och personen är noll, t.ex. genom att personen tar ett jämfotahopp och befinner sig en bit ovanför jordytan under den tid som jorden ej roterar. Vi bortser även från luftmotstånd. Personens hastighet är ju samma som jordens periferihastighet och den hastighetskomponenten är densamma även efter att jorden har stannat. Gravitationen verkar dock hela tiden på personen så att vederbörande accelererar nedåt. Den bana som personen kommer att röra sig i kommer att följa jordytan. När personen tar mark igen kommer han alltså ner på en annan punkt på jordytan som ligger öster om den punkt där upphoppet gjordes.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Hamid, 14: Hej.
Jag har några frågor som jag gärna skulle vilja få svar på:
Vid en fusion smälter man samman atomkärnor genom extrem hög värme och denna teknologi har man bl.a. använt genom att skapa vätebomben, då man spränger en atombomb inuti en vätebomb för att skapa den nödvändiga värmen och då använder man isotperna "deutrium" och "tritium"
(ej helt säker). Men skulle det teoretiskt kunna vara möjligt att utföra samma process och använda de mycket tyngre isotoperna "uran" och/eller "plutonium"? Är det möjligt att kunna ha kontroll över utvecklingen om man skulle kunna sänka temperaturen till "den absoluta nollpunkten"? Skulle man då kunna skapa en fision/fusion bomb, genom att först smälta ihop atomkärnorna och sedan klyva dem? Vad skulle hända? Vad skulle det ge för konsekvenser?
Tack på förhand.
Svar: Hej Hamed: Skälet till att man kan utvinna energi både när lätta kärnor som väte (A=1) slås ihop och tunga kärnor som uran (A=235) splittras är att den genomsnittliga bindningsenergin per nukleon i båda fallen är lägre än för en medeltung kärna (t.ex. nickel med A=62). När urankärnan splittras kommer alltså nukleonerna i fragmenten att vara hårdare bundna än de var i moderkärnan, och den skillnad i energi som uppstår kommer att frigöras som rörelseenergi hos fragmenten. Att slå ihop tunga kärnor till en ännu tyngre ger alltså ingen energi, utan kommer istället, om det över huvud taget är möjligt, att kräva tillskott av energi. Att låta lätta kärnor som väte slås ihop ger mängder av frigjord energi, men lika mycket energi skulle sedan krävas för att ta isär dem, så det är ingen framkomlig väg.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Mowitz, 37: Varför exploderar knallgas ?
Den borde implodera, när två gaser bildar en gas (vattenånga) så blir det väl en mindre volym (trots temperatur ökningen). Ändå så skickar vi upp folk i rymden på detta vis.
Svar: När väte och syre reagerar utvecklas mycket energi, så direkt efter reaktionen har man het expanderand vattenånga, vilket ger en explosion. Om reaktionen skulle ske i ett slutet kärl som stod emot trycket, och man väntar tills dess vattenångan kylts ned och kondenserat skulle man få ett undertryck.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Per, 15: 300000 km per sekund skall ju vara den högsta hastigheten som existerar men hur är det med hastigheten mellan två fotoner som färdas i motsatta riktningar i förhållande till varandra jag får det till 600000km per sekund?
Svar: När du kommer fram till siffran 600000 km/s har du använt den s.k. Gallilei-transformationen, som helt enkelt säger att den relativa hastigheten är summan av de enskilda hastigheterna. För extremt höga hastigheter gäller dock Lorentz-transformationen och stoppar du in värdena i den så finner du att den relativa hastigheten mellan fotonerna blir 300000 km/s. Detta kan tyckas märkligt, och det får en rad bisarra konsekvenser men det är inte desto mindre sant. Att fotoner i vakuum alltid rör sig med ljushastigheten är ett av grundpostulaten i Einsteins speciella relativitetsteori, vilken visat sig stämma utmärkt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Conny: 40: hej om man hänger i en högspänningsledning utan att röra mark (eller annan ledning)så klarar man sig enligt många men det tror inte jag!! Corona urladdning m.m, förklara för min elchef är du snäll..Det går ju att få en gnista att hoppa till en metallkula som ligger isolerad på en glasskiva.
Svar: Hej Conny. Det skall gå bra att hänga i en högspänningsledning så länge man är tillräckligt långt från jord. Jag har sett reportage om amerikanska linjearbetare som åker fram i en vagn längs högspänningsledningar, och även noterat att fåglar ibland sitter på el-ledningar. (Jag har dock aldrig sett fåglar på 400 kV ledningar). När man får kontakt med ledningen (vi får anta att man hoppar långt, så man ej är i närheten av något annat föremål) flyter ju en viss ström under första ögonblicket som kommer att ladda upp kroppen. Eftersom du nu är uppladdad bör håret stå rätt ut, men ingen ström går genom kroppen så någon fara skall det inte vara. Den första strömpulsen som går över till kroppen svarar mot gnistan till metallkulan på glasskivan i ditt exempel. Det är möjligt att denna puls skulle vara obehaglig för t.ex. en 400 kV ledning, så det kanske är därför fåglarna ej sitter där. Jag tror dock inte att den är direkt farlig. (Men jag skulle inte vilja testa).
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Joakim, 16: Hej där! Jag har en funderingsfråga från min bok som jag inte riktigt kan knäcka. Frågan lyder: Om jag trycker mot en bil åker den iväg, men borde inte jag åka iväg, enligt newtons tredje lag eftersom jag har mindre massa?
Är det för att jag utför ett arbete på bilen? Tacksam för svar //Jocke
Svar: Hej Joakim. Det stämmer att om bilen går åt ena hållet så kommer du att åka åt det andra hållet och hela systemets rörelsemängd kommer att bevaras. (Rörelsemängd är en vektorstorhet som ges av m x v, där m är massan och v hastigheten och där vektorn pekar i samma riktning som hastigheten.). Tänk dig situationen att du står på glansis så att du inte har någon friktion mot underlaget, och så trycker du på bilen. Du och bilen kommer då att röra sig åt motsatt håll, och du kommer att röra dig väsentligt fortare än bilen eftersom du väger mindre. Tänk dig nu situationen att du står med skosulorna fast förankrade i marken. Du trycker mot bilen som rör sig varvid du+jorden kommer att röra er åt motsatt håll. Nu är ju jorden ganska stor, så din (och jordens) hastighet blir ju i detta fall försumbar (du mäter ju även din hastighet relativt jorden så du skulle tycka dig stå still även om du kunde mäta med otrolig precision).
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Jessica, 17: Hur långt har man kommit inom forskningen om fusionskraft som användbar energikälla? Kommer fusionskraft överhuvudtaget att bli möjligt?
Svar: Hej Jessica. Det bedrivs mycket storskalig forskning för att nå fram till denna "holy grail" för en energitörstig värld, men fort går det inte! Jag som har varit med ett tag tycker mig ha hört uppskattningar av "ca 50 år framöver" under de senaste 40 åren. Det är dock tveklöst så att man hela tiden gör framsteg, och att det i princip är möjligt råder ingen tvekan om. (Fusionsenergi kan ju alstras här på jorden i vätebomber men det är ju tyvärr bara i destruktivt syfte.) Jag tror nog att man löser problemen även för fredlig fusionsenergi, men när? Om 50 år kanske... Just nu planeras nästa generations forskningsanläggning, ITER, som du kan läsa mer om på länken http://www.iter.org/
Hälsningar
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Urban, 16: Om det är så att ett flygplan flyger pga vingens form, så att luften går snabbare på ena sidan och en kraft lyfter den. Hur kan då plan flyga upp och ned?
Svar: Lyftkraften på ett flygplan beror på att vingarna kommer att pressa luft nedåt på grund av den form och vinkel mot luften som de har. Det går åt en kraft för att accelerera luftmolekylerna nedåt, och en lika stor kraft fast åt motsatt håll kommer att verka på planet (en av Newtons lagar). Den förklaring som man ofta ser, dvs. att luften går längre väg ovanför vingen på grund av dess form och därför ger ett undertryck är egentligen inte speciellt bra, eftersom den t.ex. ej kan förklara din fråga. När planet flyger upp och ned måste det ha en stor anfallsvinkel mot luften så att luft kommer att pressas nedåt trots att vingens profil ej är avsedd för detta läge. Om vinkel ställs in så att tillräcklig mycket luft pressas nedåt så får man tillräcklig lyftkraft uppåt.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Magnus, 15: Ofta hör man att en vit t-shirt har sämre solskyddsfaktor jämfört med en svart. Varför är det så? Beror det inte mer på hur tätt tyget är? Tack!
Svar: Det bör beror både på tygets tjocklek och dess färg. Om det är tillräckligt tjockt kommer inget ljus igenom oberoende av färgen, men för ett tunt tyg kan man tänka sig att en hel del av ljuset kommer igenom efter ett par reflektioner mot fibrer. Eftersom svarta fibrer återreflekterar mindre del av ljuset blir alltså den totala mängden ljus som kommer igenom det svarta tyget mindre. Om de svarta fibrerna i tyget absorberar ljuset perfekt kommer ju endast de ljusstrålar igenom som hittat en passage rakt igenom.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Pär, 48: Hej Universum och vår uppfattning om dess storlek är att universum är oändligt stort. Det innebär att det inte finns något slut om vi titta ut i rymden. Men kan man resonera likadant om man tittar "innåt" alltså in i nanovärden. Finns begreppet "oändligt litet"?
Om man tänker så att man kan halvera något oändligt många gånger så borde det kunna stämma. Men är det så? Eller går det att definiera ett minsta mått?
Om man tänker sig en klockas sekundvisare som snurrat runt . När den kommer till en sekund i 12 borde man kunna halvera det avståndet och sedan halvera nästa ¿ sekund osv oändligt många gånger. Det skulle innebära att sekundvisaren inte skulle komma fram till 12. Men nu gör ju den det eftersom den passerar 12. Innebär det då att det finns ett minsta mått??
Svar: Hej Pär. Det finns enligt den moderna fysikens lagar en minsta längd som kallas Plancklängden, och som är 10^-35 m, dvs en faktor 10^-20 av protonens diameter.Ditt exempel med klockans sekundvisare verka vara en variant av Zenons paradox om Achilles och sköldpaddan enligt vilken Achilles ej kan springa ikapp sköldpaddan trots att han springer fortare. Vad som antas i pradoxen, och som inte stämmer, är att en summa av oändligt många sträckor med minskande storlek också är oändlig. En sådan summa kan dock mycket väl vara ändlig, vilket alla som läst om serier i matematik stött på. Något behov av att införa en minsta tänkbar längd finns ej i detta fall.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Eric, 14: Hej! Jag undrar hur snabbt ljud färdas igenom olika material. Och om lufttryck och luftfuktighet påverkar ljudets hastighet (både i luft och genom olika material).
Anton, 15. Hej! Min fråga är om ljud. Ljudet har ju olika hastigheter i olika material, gaser och vätskor. I luft är hastigheten ca 340 m/s. Jag undrar hur mycket hastigheten påverkas beroende av lufttrycket. Svara gärna i temperaturerna 0 grader 20 grader och 30 grader och respektive tryck 50kPa och 200 kPa.
Mycket tacksam för svar!
MVH Anton, Jönköping
Svar: Ljudhastigheten i gaser ges av sambandet v = roten ur (1/(roh x K)), där roh är dess täthet och K dess kompressibilitet. Nu visar det sig att tätheten ökar och K minskar med ökande tryck på ett sådant sätt att effekterna tar ut varandra. Ljudhastigheten är alltså inte tryckberoende, men ökar däremot när temperaturen ökar. Detta gäller exakt för en ideal gas, och tämligen väl för luft av atmosfärstryck eller lägre. I fasta ämnen ges ljudhastigheten av v=roten ur (Y/roh) där Y är materialets elasticitetsmodul. Sätter man in siffror ser man att ljudhastigheten i fasta ämnen är mycket högre än i gaser. För stål är ljudhastigheten 5941 m/s. För en ideal gas är ljudhastigheten vid 0 C, 20 C och 30 C lika med 332 m/s, 344 m/s respektive 350 m/s.
Ragnar Erlandsson, professor i fysik
Olov, 23: Hej! Jag undrar varför man tippar väldigt lätt på en cykel när man står stilla men inte när man har en hastighet. Tack!
Svar: Hej Olov. Ofta hör man att det har att göra med gyroeffekten, dvs. att ett roterande hjul vill behålla sin orientering vilket i sin tur beror på något som vi inom fysiken kallar "rörelsemängdmomentets bevarande". Den här effekten lär dock inte vara så stor på en vanlig trampcykel, så man får söka svaret på annat håll. Den väsentligaste skillnaden är istället att det är lättare att korrigera en obalans när cykeln rör på sig eftersom en liten rörelse av styret kommer att ger upphov till friktionskrafter mellan det roterande däcket och marken. Detaljerna i mekaniken är dock komplicerade, och kritiskt beroende av cykelns design. Det är t.ex. viktigt att styrstångens förlängning skär marken framför framhjulets kontaktpunkt.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Mathias 19: Varför är himlen blå?
Svar: Himlen är blå eftersom det ljus som träffar dina ögon är solljus som spridits av luftmolekyler i atomsfären. Med detta menas att ljusstrålarna från solen först träffar luftmolekyler som sedan återutsänder ljuset åt olika håll. Detta fenomen är dock våglängdsberoende, så att blått (=kortvågigt) ljus sprids nästan tio gånger bättre än rött (=långvågigt). Eftersom det vita solljuset är sammansatt av alla olika våglängder mellan rött och blått, och det blåa ljuset sprids mest kommer himlen att se blå ut. På månen som saknar atmosfär är himlen kolsvart med en mycket starkt lysande sol.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Magnus, 36: Hur adderar man hastigheter nära ljusets? Om man säger att man åker i ett rymdskepp i 95% av ljushastigheten i förhållande till jorden och inuti rymdskeppet springer en mycket snabb person i 10% av ljushastigheten, det förefaller ju bli en hastighet som överskrider ljusets. men det går ju inte, så hur adderar man dessa hastigheter om man är observatör på jorden.
Svar: Enligt klassisk mekanik skulle hastigheten helt enkelt bli 1.05 c (där c står för ljushastigheten), men som du korrekt påpekar är detta ett felaktigt resultat eftersom vi måste använda en relativistisk beräkning när så här höga hastigheter behandlas. Den hastighetstransformation som gäller är den s.k. Lorentztransformationen, enligt vilken
v = (v' + u)/ (1+uv'/c^2). Här är v den hastighet man mäter upp på jorden för personen, u är rymdskeppets hastighet och v' är personens hastighet i förhållande till rymdskeppet. Sätter man in värdena u = 0.95c och v' = 0.1c så erhåller man v = 0.959c vilket är mindre än ljushastigheten som relativitetsteorin kräver.Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Urban, 16: Om det är så att ett flygplan flyger pga vingens form, så att luften går snabbare på ena sidan och en kraft lyfter den. Hur kan då plan flyga upp och ned?
Svar: Flygplan flyger på grund av att vingens anfallsvinkel och vingens (inklusive vingklaffarnas) form gör att luft avlänkas nedåt. Grundprincipen är Newtons tredje lag, dvs. lagen om kraft och motkraft. När luften avlänkas nedåt bildas en motkraft (reaktionskraft) uppåt på vingen. Det är samma princip som när man står på en hal skridskobana. Knuffar man en kamrat åt ena hållet upplever man själv en motkraft som gör att man åker åt andra hållet. Ett annat exempel är när man skjuter med gevär; kulan åker åt ena hållet och geväret åt andra. Den motkraft man känner när gevärskolven träffar axeln brukar kallas rekyl.
Tyvärr har ovanstående enkla och korrekta förklaring trängts undan av en mycket förvirrande beskrivningar där luftens hastighet ses som orsaken till lyftkraften. Kanske är det den beskrivningen som föranlett din fråga. I så fall du gör helt rätt i ifrågasätta förklaringen.
När flygplanet flyger upp och ner får man ta till extra stor
anfallsvinkel eller utslag med vingklaffarna för att säkerställa att
luften verkligen avlänkas nedåt.Lars Alfred Engström, universitetslektor i fysik
William, 16 år: På en demonstration i skolan fick vi genom gitter se olika atomslag exciteras. Jag noterade att grundämnet Neon hade ett särskilt starkt och klart spektrum. Då funderade jag på om det skulle kunna vara så att det berodde på att Neon är en ädelgas och att det därför behövs mer energi för att excitera dess elektroner, vilket skulle leda till att mer ljus utsänds när de återgår till grundnivån. Är det därför man använder Neon i lysrör och skulle man kunna använda sig av andra ädelgaser?
Svar: Hej William. Ädelgaser har "slutna elektronskal" vilket innebär att det går åt en hög energi för att jonisera dem, och när de joniserade atomerna återgår till sitt grundtillstånd så erhålls strålning med hög energi dvs. kort våglängd. Din fundering är alltså naturlig. Jonisationsenergin för en ädelgas svarar dock mot en våglängd som är mycket kortare än synligt ljus (den ligger i UV området) så jag tror inte det finns något direkt samband mellan det faktum att det är en ädelgas och att den samtidigt har en stark linje i det synliga området. I det som man i dagligt tal kallar "neonskyltar" ingår urladdningsrör med olika gaser för att ge olika färger. Ett annat sätt att få fram ljus av en viss färg är att låta urladdningen i röret alstra (osynligt) ultraviolett ljus, och sedan förse insidan av röret med ett fluorescerande skikt som lyser med någon viss färg när det träffas av UV-ljus. De är denna princip som används i alla vanliga lysrör.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Eddie, 19: Om man sitter i en bil som färdas med 100 km/h och skjuter rakt fram med ett vapen. Då kommer kulan färdas fortare, men om man skjuter kulan bakåt (bilens hastighet framåt är samma som vapnets utgångshastighet), vad händer då?
Svar: Vi kallar vapnets utgångshastighet v och bilens hastighet vb. Mäter man hastigheten hos kulan medan man står på marken utanför bilen kommer den att ha hastigheten v + vb om den skjuts framåt och v - vb om den skjuts bakåt. Om v = vb kommer kulan som skjuts bakåt alltså att stå stilla i förhållande till marken. Detta är dock en klen tröst för den som sitter i bilens baksäte, för hon rör sig ju med hastigheten v mot den stillastående kulan. Mäter vi kulans hastighet relativt passagerarna i bilen så kommer den att ha hastigheten v, oberoende av hur vapnet riktas. För de som sitter i bilen är det alltså helt likgiltigt om bilen rör sig eller ej (så länge hastigheten är konstant, och vi inte har någon acceleration). För de som befinner sig på marken utanför bilen spelar det däremot roll. Om man gör tankeexperimentet att kulan rör sig extremt fort, och dess fart börjar närma sig ljushastigheten (300.000 km/s) gäller dock andra regler och situationen blir mycket mer komplicerad.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Owe: 38: Hej!
Undrar hur en sk plasmalampa fungerar.
Sätter man fingrarna mot glasklotet blir det urladdningsspår inne i lampan mot fingertopparna. Men hur funkar det?
Svar: Globen är fylld med gas av relativt lågt tryck, och har en kulformad mittelektrod som är ansluten till en högspänningstransformator som ger en spänning av ca 3-5 kV vid ca 35 kHz frekvens. Det starka och varierande elektriska fältet joniserar gasen, dvs sliter loss elektroner som sedan kan återgå till sina normala energitillstånd under utsändande av ljus. En joniserad gas kallas plasma, och det är detta som gett plasmalampan dess namn. Det elektriska fältet är relativt symmetriskt och radiellt riktat, och en svag ström kommer att flyta in och ut mot glasgloben vilket gör att ljusfenomenen ser ut som utåtriktade strålar. (Ström flyter ju normalt inte i glas som är en mycket god isolator, men vid den här höga frekvensen kan man se kombinationen mittelektrod-glob-omgivning som en kondensator, genom vilken en växelström kan flyta). Om man rör vid globens yta, kommer handen och glaset att verka som en extra kondensator, och en (svag) växelström med hög frekvens kommer att gå från mittelektroden via "kondensatorn" genom kroppen (ett "motstånd") till jord. Symmetrin är nu bruten, och strömmen inuti globen blir starkast i riktningen mot handen vilket gör att ljusfenomenen ser ut att söka sig dit.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Nicklas, 30: Hej på Er! Har en gevärskula som skjuts upp i luften samma hastighet när den når mynningen på tillbakavägen ner som den hade vid mynningen på vägen upp om man nu förutsätter att samtliga förhållanden som luft etc är dom samma?
Svar: Hej Nicklas. Din fråga kan tolkas på lite olika sätt. Om man skjuter en kula rätt uppåt från jorden så kommer den inte tillbaka till samma ställe vilket har att göra med jordens rotation, men jag tror inte det var det du syftar på. Om man skjuter en kula från en icke-roterande himlakropp och man kan bortse från luftmotstånd, så kommer den tillbaks till samma punkt med exakt samma hastighet som den hade när den lämnade mynningen. Om man tar med luftmotståndet i beräkningen och kulan skjuts upp tillräckligt högt, så kommer hastigheten när den kommer tillbaka att vara oberoende av hastigheten när den lämnade mynningen, eftersom alla kroppar som faller i atmosfären förr eller senare (beroende på form och täthet) når en gränshastighet.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
dr, 19: Hej! Jag undrar varför en fjäder svänger lika fort på Jorden som på t.ex Månen, hur visar man det med mek. energisatsen?
Tack!
Svar: En massa m som sitter fästad i en fjäder med fjäderkonstanten k kommer att svänga med en vinkelfrekvens som ges av kvadratroten ur (k/m), så ditt påstående att den svänger med samma frekvens på jorden och på månen är helt korrekt. Vid första påseendet verkar det kanske konstigt att tyngdaccelerationen inte spelar någon roll i detta fall, eftersom massan ingår i sambandet och man är van vid att tyngdaccelerationen då också spelar in. Det är dock viktigt att känna till att massan påverkar två till synes helt orelaterade egenskaper: Den påverkar hur starkt ett gravitationsfält påverkar en kropp ("tung massa") men också hur stort motstånd en kropp gör när den utsätts för en kraft ("trög massa"), vilket beskrivs av Newtons andra lag, F=m x a där F är kraften och a accelerationen. Newtons andra lag gäller oberoende av om det finns någon gravitation eller ej. Den egenskap hos massan som påverkar svängningsfrekvensen hos systemet med en massa i en fjäder är den "tröga massan", och den här egenskapen är helt oberoende av om systemet befinner sig i ett gravitationsfält eller ej. Massan i en fjäder skulle svänga precis lika fort om den fanns långt ute i rymden där gravitationen är försumbar. Gör man en energibetraktelse på en massa i en fjäder kan man visa att totalenergin alltid är densamma, men att den under svängningen växlar mellan att bestå av enbart rörelseenergi (när massan passerar jämviktsläget) och enbart potentiell energi (vid vändlägena).
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Lars, 67: Uppdämd explosion?
Vad händer om man startar en explosion i ett så starkt rum att laddningen inte kan expandera?
T.ex en krutladdning i en tjock metallkula.
Antänds laddningen?
Avstannar explosionen?
Fördröjs explosionen tills kulan öppnas utifrån?
Svar: Hej Lars. Låt oss göra tankeexperimentet att vi låter en krutladdning (eller annat explosivt ämne) antändas i en mycket kraftig sluten behållare med lock. (Försök det inte, vi tala om väldiga krafter här!). Vid den kemiska reaktionen övergår det mesta av det fasta krutet till gas samtidigt som mycket kemisk energi frigörs och omvandlas till värme. Resultatet blir en innesluten, oerhört het gas. Om vi antar att kärlet är tillverkat av något som leder värme hyfsat (som en metall) kommer det till slut att svalna och anta omgivningens temperatur, varvid trycket skulle sjunka kraftigt. (Enligt allmänna gaslagen, pV=nRT där p är tryck och T temperatur, beror trycket på temperaturen). Mycket av den "uppdämda" energin skulle alltså gå bort som värme, men även vid rumstemperatur skulle de gaser som bildats vid reaktionen utöva ett mycket stort tryck på kärlets väggar så en hel del av den "uppdämda" energin skulle finnas kvar vilket den som gläntar på locket lär få erfara.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Nicklas, 30: Hur varm är lågan på en tändsticka och är det någon skillnad på den blå och gula delen av lågan?
Tack på förhand och med vänliga hälsningar
Nicklas
Svar: Hej Nicklas. Den blåa delen där förbränningen är som mest fullständig är hetast (ca 1400 grader), medan den gulröda delen har lägst temperatur (ca. 800 grader).
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Andreas: När du ser vatten som kokar så finns det ofta bubblor på bottnen av kastrullen som inte stiger till ytan. De måste ju vara av gas. Vilken? Och varför stiger de inte till ytan?
Tack på förhand /Andreas
Svar: Hej Andreas. Vatten är ett ämne med många "konstiga" egenskaper, och en av dessa är att lösligheten för gaser minskar med ökad temperatur, vilket leder till att vattnet sjuder innan det börjar koka eftersom de lösta gaserna då övergår i gasform. Eftersom det råder en jämvikt mellan gastrycket ovanför ytan och den lösta gasen så bör den lösta gasen bestå av samma komponenter som luft. Inuti bubblan borde dessa komponenter finnas tillsammans med vattenånga av ett partialtryck som svarar mot vattens ångtryck vid temperaturen i fråga. Din andra fråga, varför bubblorna inte direkt stiger till ytan är knepigare. Bubblorna påverkas ju av en lyftkraft enligt archimedes princip, så något måste ju förankra dem till botten innan de släpper. Detta har att göra med ytenergier, och är komplicerat. Man kan säga att gasinnehållet i bubblan är hydrofobt, dvs. den "vill inte" vara i kontakt med vatten, utan föredrar att vara i kontakt med kärlets botten. Det krävs alltså mer energi för att öka kontaktytan mot vattnet (och därmed minska ytan mot botten) än som vinns när bubblan stiger pga. lyftkraften. Till slut blir bubblan så stor att lyftkraften tar över, och den släpper från ytan.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Roger: Hej. Hur stark kikare skulle det behövas om man vill se en eventuellt framtida månlandning, från jorden?
Svar: Hej Roger. Gränsen för en kikares upplösning, dvs. dess förmåga att urskilja två föremål som ligger nära varandra har att göra med ljusets våglängd och hur stor linsdiameter D kikaren har. Denna begränsning har ingenting att göra med linsernas kvalité, utan är en fysikalisk begränsning som man ej kan komma förbi. Vinkelupplösningen ges av 1.22x(lambda/D) där lambda är ljusets våglängd. För att kunna se en månlandning hyfsat kanske du behöver kunna urskilja föremål som ligger 10 cm från varandra, vilket med ett avstånd till månen på 380.000 km ger en vinkelupplösning av 2,6 x 10^-10 radianer, som insatt i formeln ovan ger en linsdiameter på ca 2300 m. Sådana teleskop tillverkar man inte i första taget så det är alltså helt orealistiskt att kunna titta på en månlandning i en kikare,
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Annika, 26: Varför blir det luftbubblor i vattenglaset under natten?
Svar: Vatten innehåller en del upplösta gaser som bildar bubblor när de övergår till gasform. När vattnet befinner sig i vattenledningarna hålls det under tryck, och kan då lösa en större mängd gas än när det är upphällt i ett glas. När det hälls upp kommer en del av den lösta gasen sakta att bilda bubblor. Även temperaturen påverkar hur mycket gas som kan finnas löst i vattnet, och då gäller till skillnad från många andra ämnen att lösligheten avtar med ökande temperatur. När man kokar vatten märker man detta genom att vattnet börjar sjuda innan det börjar koka, eftersom de lösta gaserna då snabbt bildar bubblor.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Marie, 35: Jag har en fråga om diamanter och grafit. Vad beror det på att dom har olika färg trots att dom båda består av enbart kol?
MVH Marie
Svar: Ett grundämnes egenskaper beror inte bara på typen av atomer utan även i hög grad på hur atomerna binder till varandra. Grafit och diamant är ett bra exempel på detta, eftersom de har helt olika egenskaper fast de båda består av kol. Diamant är det hårdaste kända materialet, genomskinligt och en god isolator medan grafit är mjukt, ogenomskinligt och leder elektricitet. I diamant sitter atomerna ordnade i ett tredimensionellt mönster (en kristall) där de fyra bindningarna pekar mot hörnen i en tetraeder och binder till grannarna med starka kovalenta bindningar. I grafit ligger atomerna ordnade i plana hexagonala (sexhörniga) ringar med starka kovalenta bindningar inom ringarna och i planet till andra ringar, men svaga van der Waals bindningar mellan planen. Detta leder till att lagren lätt separerar från varandra vilket gör att grafit kan användas som smörjmedel och ingår i materialet i blyertspennor. Elektroner kan också röra sig parallellt med planen vilket gör att grafit är en god ledare, men att ledningsförmågan beror på riktningen.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Therese, 23: Hur förklarar man fenomenet statisk elektricitet?
Svar: Hej Therese. Alla material du har omkring dig består av atomer som innehåller både positiv och negativ elektrisk laddning. Normalt märker man inte av detta, eftersom mängden plusladdning är exakt lika stor som mängden minusladdning. I vissa fall kan det dock uppstå en liten obalans, så att ett föremål kan föra över en (väldigt) liten del av sin ena sorts ladding till ett annat. Detta kan t.ex.ske när tyget i dina byxor gnids mot en annan sorts tyg i stolen du sitter på, vilket leder till att både du och stolen blir uppladdade med lika stor mängd laddning, men med olika tecken. Om du reser dig upp och har ett material i skosulor eller matta så att laddningen inte leds bort kommer du att vara uppladdad tills dess överskottsladdningen lämnar dig i form av en liten gnista om du t.ex. vidrör en vattenkran. Eftersom elektriskt laddade föremål också stöter bort eller attraherar varandra så kommer tejpen du drar ur en rulle att bete sig konstigt och hamna på andra ställen än du vill eftersom den är uppladdad.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Annica, 17: Hej!
Jag har en fråga rörande fysik som jag skulle bli väldigt glad att få svar på. Varför sänks kokpunkten i en vätska om trycket minskar och volymen ökar? Vad händer med molekylerna, ändras deras hastighet?
Svar: Beroende på temperaturen kan ett ämne uppträda i något av de tre aggregationstillstånden, gasformigt, flytande eller fast. Ett fast ämne hålls ihop av attraktiva krafter mellan molekyler som kan vara av olika natur och av olika styrka. Molekyler är dock aldrig stilla, utan rör sig oregelbundet i alla möjliga riktningar, och medelenergin hos dessa rörelser anges av temperaturen. När temperaturen är låg räcker inte temperaturrörelserna till för att bryta bindningarna mellan molekylerna som istället vibrerar runt ett jämviktsläge, men bibehåller sina platser, ämnet är fast. Är temperaturen riktigt hög kommer molekylerna att röra sig helt fritt i rätlinjiga banor tills de kolliderar med kärlets väggar eller någon annan molekyl, och vi har en gas. Vätskefasen kan beskrivas som ett mellanting. Att temperaturen är konstant betyder dock ej att alla molekyler har samma rörelseenergi, utan anger endast ett medelvärde, så i en vätska har en och annan molekyl tillräcklig energi för att lämna vätskan och gå över i gasfas. På samma sätt finns det alltid gasmolekyler som har så låg energi att de övergår i vätskefas. Det finns alltså en temperaturberoende jämvikt mellan faserna, så att gasfasen står i jämvikt med vätskefasen. Trycket hos gasfasen kallas ångtryck och ökar med temperaturen. Vid rumstemperatur är vattens ångtryck ca 20 mbar. Ovanför en vattenyta i rumstemperatur är alltså partialtrycket av vattenånga vid jämvikt 20 mbar medan totaltrycket på vätskan är en atmosfär (ca 1000 mbar). Höjs temperaturen så ökar avdunstning från ytan så att vattnetångans partialtryck ökar. När temperaturen når 100 grader Celcius är vattnets ångtryck=trycket över ytan (1000 mbar), och det flytande vattnet övergår nu till vattenånga inte bara vid ytan, utan även inne i vattenvolymen, vätskan kokar. Vätskan kokar alltså när villkoret ångtryck=tryck över ytan uppfylls. Om du bibehåller rumstemperatur men sänker trycket ovanför vattenytan ner till 20 mbar så kommer vattnet följaktligen att börja koka trots att temperaturen är låg.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Setareh 17: Varför är inte resistansen konstant i en glödlampa? På vilket sätt beror resistansen av temperaturen?
Svar: Resistansen i en glödlampa ökar markant när den tänds eftersom glödtråden är gjord av metall (Wolfram), och metallers resistivitet ökar med temperaturen. Man kan säga att ökad temperatur gör att metallatomerna vibrerar kraftigare, vilket i sin tur gör det svårare för elektronerna att röra sig i metallen. Temperaturberoende hos materialet beskrivs av resistivitetens temperaturkoefficient som är positiv för metaller.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Maria, 28 Hej! Jag undrar vad som finns mellan gasmolekylerna i t ex luft. Det är ju glesare mellan dem i gas än i fast/flytande form och enligt min lärare finns det då ingenting mellan dem, men ingenting har jag fått lära mig kallas för vakuum, och det sa han bestämt ifrån att det inte var. Så hur är det egentligen?
Tack på förhand/Maria
Svar: Hej Maria. Visst är det vakuum mellan gasmolekyler. Begreppet vakuum avser ju just ett rum utan materia, vilket är vad du har mellan molekylerna. Inom den del av fysiken som kallas kinetisk gasteori tänker man sig en gas som små sfäriska partiklar som rör sig rätlinjigt i ett tomrum, och endast känner av krafter då de antingen kolliderar med varandra eller kärlets väggar. Tekniskt används ordet vakuum normalt för stora volymer och därför kan det kanske låta lite konstigt att en gas "innehåller vakuum", vilket troligen är vad din lärare har reagerat på. Han/hon håller ju med om att det är tomt mellan molekylerna, vilket är det väsentliga!
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Per, 35: Hej. Det gäller elektromagnetiska vågor. I alla illustrationer av elektromagnetiska vågor brukar det vara en bild av ett elektriskt fällt som en sinusvåg och ett magnetiskt fällt som en vinkelrät sinusvåg. Detta är frid och fröjd och stämmer bra med min förståelse över hur fälten fungerar. Problemet jag har är varför det i alla bilder visar att det magnetiska fältet och det elektriska fältet har sina toppar samtidigt.
Tittar man på den elektromagnetiska svängningskretsen så har man först elektriskt fält i kondensatorn och sedan magnetiskt fält i spolen, d.v.s. magnetiska toppen är när elektriska fältet är noll och tvärt om.
Så min fråga är, har alla illustrationer fel eller ligger fälten i fas? Om svaret är att de ligger i fas så undrar jag över hur det kan komma sig?
Svar: Hej Per. Det är varken fel på illustrationerna av EM-vågor eller din beskrivning av fasförhållandet i en svängningskrets. Vad det handlar om är två olika fenomen som inte har någon direkt koppling till varandra. Visserligen använder man svängningskretsar för att alstra radiovågor, eftersom det är ett bra och praktiskt sätt att erhålla oscillerande laddningar i antennen, men det faktum att energin omväxlande lagras upp som magnetisk fältenergi i induktorn respektive elektrisk fältenergi i kondensatorn har inget principiellt att göra med den process som gör att elektromagnetiska vågor sänds ut från antennen. Den senare processen är en konsekvens av att det finns en våglösning till Maxwells ekvationer, och att dessa vågor genereras när laddningar accelereras.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Lars, 27: När det blixtrar mellan två moln antar jag att det förflyttas laddning (går en ström) mellan två isolerade föremål, stämmer detta? Isåfall: hur är detta möjligt?
Svar: När du drar en kam genom håret kommer den att laddas upp statiskt eftersom en liten del elektroner har överförts till eller från kammen under processen. Du kan konstatera fenomenet genom att plocka upp små pappersbitar som attraheras till den laddade kammen. I atmosfären sker en motsvarande omfördelning av laddning när regndroppar och snökristaller rör sig över långa sträckor. Effekten blir normalt att ett åskmoln blir negativt laddat på undersidan och positivt längre upp. När det elektriska fältet blir tillräckligt starkt kommer luftmolekyler att joniseras och fria elektroner kommer att accelereras i fältet. Dessa laddade partiklar kan jonisera fler molekyler och en lavinartad utjämning av laddning kommer att ske som en blixt. De allra flesta blixtar (ca 90%) sker inom molnen, och ställer inte till någon skada på marken. Den negativt laddade undersidan av molnet kommer även att inducera en motsvarande positiv ladding på marken under sig, och det är när urladdningen sker mellan mark och moln som vi får ett åsknedslag.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Joachim, 18: Hejsan! I engelskspråk kultur är det vanligt (nåja) förekommande med referenser till "St Elmos Fire". Det är något slags ljusfenomen som förekommer (mestadels vid åskväder/storm tror jag) när föremål riktas högt uppåt, exempelvis en mast på ett fartyg eller så. Det finns säkert något mer vetenskapligt namn men jag kan det inte. Jag är nyfiken vad det egentligen är och har hittat lite olika svar. Bl.a. att det är joniserad gas = plasma och att det skulle vara ett slags elektrisk urladdning som inte räcker till en blixt. Stämmer det och hur fungerar det? Tack på förhand // Joachim
Svar: Hej Joachim. Den förklaring du har hittat stämmer bra. En mer teknisk term för fenomenet är Coronaurladdning, med vilket menas en gradvis elektrisk urladdning till luften. När det elektriska fältet blir tillräckligt starkt kommer elektroner att slitas loss från sina atomer och accelereras i fältet varvid de kolliderar med gasmolekyler som i sin tur blir joniserade och ger upphov till fria laddningar. På så vis joniserade molekyler kan även återgå till vanliga oladdade molekyler genom att ta upp fria elektroner. Det är när dessa elektroner rekombinerar med jonerna som de karaktäristiska ljusfenomenen uppstår. Fenomenet kräver alltså mycket starka elektriska fält som typiskt uppkommer vid åskväder, och då speciellt runt skarpa kanter och spetsar. Coronaurladdningar lär i sig själv inte vara speciellt farliga, men stöter man på fenomenet nära sig skall man snabbt ge sig därifrån, eftersom den höga fältstyrkan kan vara ett förebud om att blixten just kommer att slå ner där.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Bertil, 50: Jag har installerat solvärme, vattenburen, och undrar nu hur jag ska veta hur mycket energi jag får ut ur systemet. En varm solig dag värms vattnet jag pumpar upp med 20 grader. 40 upp på taket och 60 ner till akumelatorerna på 1500 liter. Flöde 5 l/min. På en dag kan vattentemperaturen i akumelatorerna höjas från 40 till 60 grader. total vattenmäng är 1500 l. Men vad blir detta i Kw?
Solpanelyta är 12 m2.
Svar: Hej Bertil. Jag blir inte riktigt klar på vilka temperaturer du har, men visar hur du beräknar den energi/tidsenhet, dvs effekt, som transporteras av ett flöde på 5 l/min om vattnet är 20 grader varmare än omgivningen. 5l/min svarar mot ett massflöde av 5 kg/min eftersom det rör sig om vatten, vilket i SI enheter blir 5/60 = 0,083 kg/s. Effekten ges som produkten av massflödet, temperaturskillnaden och vattens specifika värmekapacitivitet som är 4190 J/(kg K). Alltså, P = 0,083 x 20 x 4190=6955 J/s =6,955 kW. För att räkna ut energimängden i din tank tar du helt enkelt och multiplicerar massan med temperaturskillnaden och vattens värmekapacitivitet så får du energin i J (samma som Ws). Hoppas det kan hjälpa dig.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Nicklas 28: Lyftkraft vid expansion.
Om man värmer upp gasen helium till så expanderar den ju, men vilken kraft har expansionen? Om man tex värmer upp en liter, så det blir 2 liter, hur stor vikt orkar den då lyfta, och vilken effekt motsvarar det?
Svar: Vid atmosfärstryck har luft tätheten 1,3 g/liter och helium 0,18 g/liter. Om du har en liter helium i ett viktlöst skal blir då lyftkraften (1,3-0,18)x10^-3 x 9,81 = 11 milliNewton som motsvarar vikten av 1,1 g. Om du värmer heliumgasen så den upptar dubbla volymen vid samma tryck halverar du dess täthet till 0,09 g/liter, och lyftkraften från en liter blir nu (1,3-0,09)x10^-3 x 9,8 =12 milliNewton. Det ger alltså en mycket måttlig ökning av lyftkraften, och fördubblingen av volymen kräver en fördubbling av temperaturen, vilket betyder 600 K (= 327 grader C) om du utgår från rumstemperatur av 27 grader Celsius.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Åsa, 35: Hej! Om man tar ett glas och fyller det med vatten till bredden och täcker öppningen med en pappskiva och sedan vänder glaset upp och ner så sitter pappskivan kvar. Ja, och det beror på att lufttrycket är högre än trycket från vattenpelaren i glaset och därför kan pappskivan sitta kvar. Så tänkte jag. Men.. om jag häller bara lite vatten i glaset, täcker med pappskivan och vänder på det sitter pappskivan ändå kvar. Skumt? Lufttrycket inne i glaset måste ju vara det samma som lufttrycket utanför glaset, men dessutom finns där några cm vatten som också trycker på skivan. Skivan borde lossna tycker jag. Vatten har ju högre densitet än luft.
Tack för hjälpen!
Svar: Hej Åsa. Jag kan förstå att du tycker att det verkar skumt. Jag börjar med att analysera situationen precis efter att glaset vänts uppochned, och pappskivan är precis plan. Trycket på pappskivan är då högre uppifrån (vattnets vikt + luftens tryck hos den innestängda volymen som då är lika med lufttrycket gånger ytan) än nedifrån (enbart lufttrycket gånger ytan). Därför kommer vattnet att röra sig nedåt, och pappskivan bukta ut något, varvid luftvolymen ovanför vattnet ökar, dvs trycket minskar. Om balans uppnås innan pappskivan släpper så hålls den alltså i ett stationärt läge där undertrycket i luften ovanför vattnet gör att lufttrycket underifrån kan balansera vattnets vikt. Det behövs inte så stor förändring av volymen ovanför vattnet för att ge en hyfsad kraft. Betänk att den totala kraften av luftens tryck på en cirkulär yta med radien 5 cm motsvarar en vikt av nästan 80 kg.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Lars, 27: Om man kopplar ett batteris minuspol till jord och dess pluspol till ett isolerat föremål med förmåga att ta mot/lagra överskottsladdning, kommer det då flyta en ström mellan pluspol och föremål? kan det alltså flyta ström genom en icke sluten krets?
Svar: Vad du beskriver är egentligen att ansluta ett batteri till en kondensator. I inkopplingsögonblicket kommer det att flyta en viss ström som kommer att ladda upp det isolerade, ledande föremålet. De + laddningar som då ansamlas där kommer att sätta upp ett elektriskt fält som är motriktat strömmens riktning, varvid strömmen snabbt går ned till noll. Du kan alltså enbart ha en temporär ström i en icke sluten krets. Föremålet respektive jord kommer alltså i detta fall att motsvara plattorna i en plattkondensator. Hur mycket laddning föremålet kan mottaga ges av dess kapacitans till jord som beror av geometrin och mediet det befinner sig i.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Elin,15: Hejsan! Jag undrar om vakuum har någon temperatur? Rent logiskt-enligt mig- måste allt ha en temperatur, men åt andra sidan så finns det väll i ett vakuum inget som kan ha en temperatur...eller är jag helt ute och cyklar??
Svar: Hej Elin. Din fråga är intressant. Normalt brukar man låta temperaturen beskriva den oordnade rörelseenergin hos de atomer eller molekyler man har. I en en-atomig gas är det molekylernas rörelseenergi som beror av atomernas hastighet som avgör temperaturen, medan det hos ett fast ämne är atomernas vibrationer kring sina jämviktslägen. I perfekt vakuum har vi ju inga molekyler, och då kan man ju inte använda den beskrivningen jag just gett. Nu är det så att alla föremål utsänder elektromagnetisk strålning vars frekvens beror av temperaturen, något som kallas svartkroppsstrålning. Inuti en låda med perfekt vakuum där väggarna har en viss temperatur kommer därför ett föremål att anta samma temperatur som väggarna eftersom det absorberar strålningen därifrån samtidigt som det själv sänder ut strålning. Väntar man tillräcklig länge uppnås jämvikt och temperaturen blir densamma hos föremål och väggar. Ute i universum finns det en bakgrundsstrålning som motsvarar temperaturen 2,7 grader över absoluta nollpunkten som härrör från universums födelse ("Big Bang"), så man kan alltså säga att temperaturen långt ute i rymden är 2,7 grader Kelvin.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Lennart, 47: Hur beskrivs "100% perfekt vakuum" i fysiska termer/ekvationer? Energimängd = 0? Temperatur = Absoluta nollpunkten?Tiden = ? Dvs, i en begränsad volym där absolut ingenting finns (en ens en enda liten sträng!) men som ändå existerar... eller kan detta inte gälla i verkligheten utan bara i teorin?
Svar: Med vakuum menas att rummet ifråga är fritt från materia snarare än att det är "tomt" i någon helt absolut mening. Tekniskt är även ett materifritt rum svårt att åstadkomma då det även vid ett extremt ultrahögvakuum (ca 10^-12 mbar ) finns tiotusentals molekyler per kubikcentimeter. Betraktar man en helt materiefri volym någonstans mellan universums galaxer, så är ju volymen ändå fylld av elektromagnetisk strålning av olika våglängder från diverse kosmiska objekt och även en svag bakgrundsstrålning från "Big Bang", dvs. den urexplosion som enligt dagens fysik utgör starskottet för vår värld. Eftersom energi och massa är relaterade kan det också inträffa att elektromagnetisk strålning omvandlas till materia, t.ex. vid s.k. parbildning när en energirik foton omvandlas till en elektron och en positron. I ett sådant fall har man ju enligt definitionen ovan gått från ett vakuum till ett icke-vakuum. Vad gäller temperaturbegreppet är det normalt kopplat till translations eller vibrationsenergi hos atomer och molekyler, och är då ej tillämpbart på vakuum. Eftersom en kropp alltid sänder ut elektromagnetisk strålning som är relaterad till dess temperatur (s.k. svartkroppsstrålning) skulle man dock kunna säga att universums vakuum befinner sig i jämvikt med den mikrovågsstrålning från Big Bang som svara mot 2,7 grader över absoluta nollpunkten. Vill man gå vidare i spekulationer kring ett "absolut tomt rum" kan man också konstatera att rummet själv enligt den allmänna relativitetsteorin har egenskaper som påverkas av förekomsten av materia i närheten. I den beskrivningen är tröghetskrafter och gravitation kopplade till egenskaper hos rummet själv. Som framgår är ett "absolut tomt rum" som varken innehåller materia, strålning eller egenskaper en fysikalisk omöjlighet.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Marie, 17: Hej hej !
Jag undrar om en pendel skulle pendla snabbare eller långsammare på månen och i så fall varför? Tack på förhand!
Svar: I formeln för en pendels svängningstid ingår tyngdaccelerationen g, som ju är ett mått på gravitationens styrka vilken är mindre på månen. För små utslag är periodtiden
T = 2 x pi x kvadratroten ur (L/g). L i sambandet ovan står för pendelns längd. Från det sambandet ser du att periodtiden ökar (dvs. pendeln svänger långsammare) om g minskar. Pendeln svänger alltså långsammare på månen. Att det blir så här är inte så konstigt, eftersom den kraft som för tillbaks en svängande pendel till jämviktsläget är just gravitationen.Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Nathalie, 17: Hur mycket tyngre blir man om jorden slutar snurra?
Svar: Du har rätt i att man skulle väga lite mer om jorden slutade snurra, eftersom rotationen ger en kraft som är motriktad tyngdkraften. Hur stor effekten blir beror dock på var på jorden du bor. Vid nord och sydpolen blir det ingen skillnad alls, medan den blir som störst vid ekvatorn där man skulle bli ca 0,3 % tyngre om jorden slutade snurra. Här i Linköping skulle effekten bli ca 0,1 %.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Erik, 14: Hur kommer det sig att vissa metaller smälter lättare än andra?
Svar: Hej Erik. En metalls smältpunkt påverkas av hur hårt atomerna är bundna vid varandra. När metallen är ett fast ämne sitter atomerna snyggt ordnade i ett bestämt mönster som kallas kristallgitter. Temperaturen är ett mått på hur mycket atomerna vibrerar, och när vibrationerna blir tillräckligt stora kommer atomerna att lösgöras från det kristallina mönster som de ursprungligen befinner sig i. Atomerna känner fortfarande av varandra, men kan röra sig fritt när metallen övergår till vätska. Hettar man upp vätskan ännu mer övergår metallen i gasfas, och då rör sig atomerna i rätlinjiga banor, och känner bara av sin omgivning när de kolliderar med kärlets väggar eller varandra. Man kallar de här tillstånden (fast ämne, vätska och gas) för olika aggregationstillstånd, och den slags fysik som krävs för att beskriva dem är ganska olika. Någon enkel formel som talar om när en metall smälter finns inte, utan man måste göra komplicerade beräkningar på datorer för att få ett ungefärligt värde.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Mikael, 44: Finns det en "lag" som säger att luft under expansion (ur en trycksatt behållare) maximalt kan nå ljudhastigheten?
Det finns luftgevär som fungerar enligt den principen och de kan åstadkomma hastigheter som ligger en bit över ljudhastigheten, trots att vissa hävdar att det inte borde vara möjligt.
Svar: Nej, det finns ingen "lag" som begränsar utströmningshastigheten ur en gasbehållare till att vara under ljudhastigheten, så dina uppgifter om luftgevärens utgångshastighet kan nog vara korrekta. Medelhastigheten hos molekylerna i en gas bestäms av temperaturen, men molekylerna har en hastighetsfördelning så en del har hastigheter som är mångdubbelt högre. Ett exempel som illustrerar detta är att det i den yttre atmosfären finns vissa molekyler som har en hastighet som överskrider flykthastigheten och på så sätt läcka ut i rymden.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Mats, 37: Blir man tyngre av att lära sig saker? Alltså, har information som man matat in i hjärnan någon som helst vikt eller är det bara nya "kopplingar" mellan hjärnceller.
Hoppas på svar.
Svar: Hej Mats. Att man i praktiken inte blir särskilt mycket tyngre av att lära sig saker är ganska självklart, men din fråga är principiellt intressant. Om minneslagringen innebär att det bildas nya nervceller så bör ju vikten öka. Nu är det väl inte säkert att så är fallet, och i princip handlar ju informationslagring om att ställa in läget på omkopplare där man kan tänka sig att var och en lagrar en "bit" (etta eller nolla) som i en dators minne. För att slå om omkopplaren krävs en viss energitillförsel, och i enlighet med relativitetsteorin så är ju energi=massa. Nu försvinner ju inte energin för att omkopplaren byter läge, men för att omkopplaren skall stanna kvar i det nya läget så krävs att en del av den tillförda energin avges som värme. Tänk dig omkopplaren som bestående av en kula som kan ligga i endera av två U-formade gropar med en kulle däremellan. Tillför du tillräckligt mycket mekanisk energi kan du flytta kulan över kullen från ena gropen till den andra, men om systemet är perfekt friktionsfritt kommer kulan att rulla upp på motsatta sidan och återvända till ursprungsläget, varefter den kommer att fortsätta att oscillera mellan lägena. För att kulan skall stanna i det nya läget krävs att man har friktion i systemet som omvandlar en del av den ursprungliga energin till värme. I princip finns alltså energin kvar i systemet, som alltså inte har ökat sin massa. Normalt betraktas energiomlagringar där högvärdig energi (som t.ex. elektrisk energi) omvandlas till värme som "energiförluster" så i någon mening kan det sägas vara korrekt att det "går åt" energi för att lagra information. Så det ser ut som om du gör av med lite energi när du lär dig (ett trevligt sätt att banta) medan att minnas inte påverkar din vikt!
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Erica, 21: Hur snabbt skulle jordens omloppsbana reagera om solen med dess gravitationskraft plötsligt försvann i tomma intet (oavsett hur)?
Finns det någon kraft som når jorden, från solen, snabbare än ljusets?
Svar: Den allmänna relativitetsteorin visar teoretiskt hur gravitationsvågor bildas, och att dessa fortplantar sig med ljusets hastighet. Så svaret på din fråga blir att vi skulle märka att solen försvann (hur nu det skulle gå till) ca 8 minuter efter att det hände. Det skulle givetvis vara trevligt att experimentellt kunna bekräfta detta, vilket dock är svårt eftersom något enkelt sätt att alstra och detektera gravitationsvågor inte finns. Man har dock indirekta bevis på deras existens från astronomiska observationer av s.k. pulsarer, dvs. stjärnor vars intensitet varierar snabbt.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Johannes 26: Jag har två frågor. Om man räknar på normala förhållanden, när når man maximal fallhastighet? Fråga två är teoretisk. Om man gräver ett hål i marken och hoppar ut i luften faller man ju ner pga dragningskraften. Vad skulle hända om man kunde gräva ett hål tvärs genom hela jorden och sen hoppar i?
Svar: Att ett föremål får en maximal fallhastighet beror på luftmotståndet, och sluthastigheten kan variera inom vida gränser beroende på föremålets form och täthet. För en fritt fallande människa lär den vara ca 200 km/h. Utan luftmotstånd ökar hastigheten kontinuerlig och den enda begränsningen är ljushastigheten. Om du hoppar ner i ett hål genom jorden, och vi antar att det är vakuum i röret så vi kan försumma luftmotståndet, så faller du med minskande positiv acceleration ned mot medelpunkten vartefter du kommer att fortsätta med en allt ökande negativ acceleration (dvs. inbromsning) tills dess att du stannar precis på andra sidan jorden där du kan välja att kliva av eller göra om resan så länge du vill.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Jonas, 14 år: Om två vikter som väger ett respektive tio kg släpps mot marken från samma höjd landar de samtidigt, men vikternas tyngder är 10 och 100 Newton. Tyngden är väl med hur stor kraft föremålet dras mot jordens medelpunkt, och ju starkare kraft som drar i vikten desto snabbare borde den väl falla mot marken?
Väntar på svar.
Svar: Hej Jonas. Du har helt rätt i att den tio gånger större massan påverkas av en tio gånger större gravitationskraft, och då skulle man ju kunna vänta sig att den skulle accelerera fortare så att dess fallhastighet vart större än för den lättare massan och att den därför borde nå marken snabbare. Men nu är det så att det är svårare att sätta fart (accelerera) på en stor massa än på en liten. Om massan är tio gånger större krävs det precis tio gånger större kraft för att få samma acceleration. På så sätt ser man att båda massorna kommer att falla precis lika fort. En kropps massa beskriver alltså två helt olika saker: dels hur stor kraft som gravitationen drar med, dels hur stor kraft som behövs för att accelerera den. Man brukar skilja på dessa två aspekter av massa genom att tala om "trög massa" och "tung massa". Det här var något som Albert Einstein funderad mycket på i samband med att han utvecklade relativitetsteorin, så det är av stor principiell betydelse för fysiken.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Eric, 17: OM man lyckas få upp en bil i ljusets hastighet, vad händer då om du tänder lyktorna? Väldigt tacksam för svar :)
Svar: Att komma upp till ljushastigheten med ett föremål är ej teoretiskt möjligt, eftersom det enligt relativitetsteorin skulle kräva oändlig energi. Strax under ljushatigheten kan man dock i princip röra sig. Den som färdades i bilen skulle tycke att allt var normalt med bilen och dess ljus, men däremot skulle omgivningen se alldeles konstig ut. Alla föremål skulle tyckas sammantryckta i bilens rörelseriktningen och klockorna skulle ej stämma med den i bilen. En speciellt besynnerlig sak som har stor betydelse för den speciella relativitetsteorin är att om bilpassageraren skulle mäta hastigheten på ljuset som lämnade strålkastarna så skulle han, helt naturligt, mäta upp ljushatigheten 300.000 km/s som vi kallar c. Om en stillastående person framför bilen skulle mäta hastigheten på ljuset från bilen skulle hon få samma värde! Detta är mycket besynnerligt, eftersom man kunde förvänta sig att hon skulle mäta upp en hastighet som var bilens hastighet + ljusets hastighet. Den speciella relativitetsteorin har dock som grundpostulat att ljusets hastighet alltid är densamma, oberoende av hur den som mäter det rör sig i förhållande till ljuskällan.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Laleh, 50: Hur kan man beskriva värmetransport utifrån vattenburen värme i ett hem?
Svar: Hej Laleh. Om vi som exempel ta ett oljeeldat hus, så kommer energin in i huset som energi som är kemiskt bunden i oljans kolvätemolekyler. När de förbränns förenas de med syre och bildar mera stabila föreningar som koldioxid och vatten, som har lägre energi. Energin som blir över blir till värme som höjer vattnets temperatur i oljepannan. Vatten har hög värmekapacitivitet, så en liten ökning av vattentemperaturen innebär en relativt stor energiökning. Det varma vattnet transporterar runt värmeenergin i huset till värmeelementen som så utformade att de har stor yta där värmen lätt överförs till luften. Målet är nått och du har fått en behaglig rumstemperatur.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Mats, 28: Hej, Jag har funderat lite kring Arkimedes princip och vad den innebär, vilket resulterade i en fråga: Om man sänker ned t.ex. en sten i vatten så minskar dess tyngd (resulterande kraften), och en ballong fylld med helium stiger i luft, vilket har med densitetsskillnader att göra.
Detta borde innebära att tyngden av 1kg sten skulle vara större i vakuum än i luft, och i så fall kanske till och med att ett gammalt ruckel till trähus som precis är på gränsen till att kollapsa skulle kunna rasa ihop p.g.a. att lufttrycket sjönk ute (dvs luftens densitet)... Stämmer detta?
Svar: Hej Mats. Ja, visst stämmer det. Det man i dagligt tal menar med vikt är ju den kraft som pressar ett föremål mot marken, och den kraften domineras ju för det mesta av gravitationen som verkar på massa. Det finns dock andra komponenter: Lyftkraften från den omgivande atomsfären är ett sådant exempel, och ett annat är den centrifugalkraft som vi utsätts för pga. jordens rotation och som är störst vid ekvatorn. Så vill man minimera sin vikt utan ansträngande livsstilsförändringar skall man åka till ett område med högtryck som ligger vid ekvatorn. Effekten är förstås mycket liten i normala fall, så den lär knappast ha några praktiska konsekvenser.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Johan, 33: När blir en joniserad gas ett plasma? Är det bara temperaturen som avgör ifall tillståndet är plasma? Avger ett plasma alltid elektromagnetisk strålning? Blixten är vad jag förstått ett plasma som också avger elektromagnetisk strålning men kan man säga att eldsflammor är ett lågt joniserade plasma? Eller är eldsflammor bara het gas?
Svar: Hej Johan. En joniserad gas är ett plasma. För att elektronerna och jonerna skall förbli separerade krävs tillgång till energi, vilket kräver en temperatur på över ca. 100.000 grader celcius. Både temperatur och täthet kan variera oerhört i ett plasma. Eftersom plasmat består av laddade partiklar har det den unika egenskapen att kunna styras av elektriska och magnetiska fält. Normalt lyser ett plasma, eftersom elektroner hela tiden exciteras och de-exciteras. En eldslåga är inte ett plasma, eftersom temperaturen där är för låg. Ljuset från en låga kommer normalt från sotpartiklar som glöder, dvs. sänder ut ljus då de beter sig som s.k.svartkropps-strålare.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Frans, 14: Hur kommer det sig att det blir skillnad på vatten som är kokt i mikro jämfört med vanlig kastrull? När man lägger ner sin tepåse i mikrokokt vatten blir det alldeles fullt med småbubblor och sen blir det skum ovanpå.
Svar: När vatten kokas i en mikro erhåller man inte sällan en situation där vattnet når en överkritisk temperatur. Med detta menas att temperaturen överstiger kokpunkten, men att kokning ännu inte startat eftersom det krävs små oregelbundenheter i kärlets yta för att de första bubblorna skall börja bildas, en process som kallas nukleation. Detta är ett mycket instabilt tillstånd, så i värsta fall kan en stor del av vattnet koka vid minsta störning och skicka upp ånga och kokhett vatten rakt i ansiktet på den intet ont anande tekokaren. Att detta händer lättare i en mikro än på spisen har att göra med att vattnet värms direkt, och inte genom att kärlets väggar är varmare. Om värmningen sker genom kärlets väggar är de små oregelbundenheterna hetare än vattnet, och nukleationen sker därför lättare. Den effekt du beskriver är ju inte fullt så dramatisk, och jag skulle tro att den kan bero på att gaser lösta i vattnet, som normalt sjuder innan kokning, ej har lämnat vattnet eftersom nukleationspunkter saknats. När du lägger i tepåsen sker detta på en gång, och de lösta gaser som i en kastrull bubblat upp från botten under någon minut släpps nu lösa på en gång runt din tepåse.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik.
Göran H, 47: Hur fort utbreder sig en svallvåg? Exempelvis efter en båt, gör det skillnad om båten framförs i 10 eller 30 knop? Eller kan det vara vågens amplitud?
Svar: Vattenvågor är relativt komplicerad och har, till skillnad från t.ex. vågor på en sträng, den egenskapen att utbredningshastigheten varierar med våglängden. Eftersom våglängden på svallvågorna påverkas av båtens fart, så kommer alltså även hastigheten att påverkas. Vattenvågor med lång våglängd går fortare enligt sambandet
v = kvadratroten ur (g x L/2pi) där v är hastigheten, L är våglängden och g tyngdaccelerationen. Dessa samband gäller för djupt vatten, där vågen ej påverkas av botten.Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Karin, 20: Jag undrar om man doppar sitt finger regelbundet i en skål med vatten och gör vågor. Vad händer med våglängden om man doppar sitt finger oftare?
Svar: Om man mekaniskt påverkar en vattenyta, vilket man bäst gör genom att låta en hel vägg i en bassäng röra sig fram och åter, kan man framkalla vågor av olika våglängd (och därmed också olika frekvens) om man har fritt vatten framför. Även om detaljerna är mera komplicerade för vattenvågor än för mekaniska vågor på en sträng eller i ljudvågor i luften, så är beteendet i stort sett lika. Om vågen reflekteras mot t.ex. motsatta bassängkanten så kommer den reflekterade vågen att samverka (interferera) med den utsända vågen på ett sådant sätt att endast vissa våglängder blir möjliga. Det är detta fenomen som gör att en gitarrsträng, som ju sitter fast i båda ändar, svänger med en viss grundfrekvens. Om du tänker dig en oändligt lång sträng, så kommer den att kunna svänga med en godtycklig våglängd. Detta motsvarar att man stör vattenytan ute till havs där den utgående vågen inte påverkas av några andra vågor.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Amanda, 18: Vilken energiform finns i stearinet? Vad omvandlas denna energiform till om man utgår från ett änglaspel?
Svar: Energin i ljuset finns bunden dess molekyler som kemisk energi innan det tänds. Denna energi omvandlas till värmeenergi när ljuset brinner. Det mesta av denna värmeenergi förblir i form av värme och höjer temperaturen i omgivningen, men en liten del omvandlas till rörelseenergi hos den luft som strömmar uppåt vid lågan eftersom den expanderar av värmen. En del av denna rörelseenergi överförs till änglaspelets "turbin" som börjar rotera. Att omvandla värmeenergi till rörelseenergi är något som man gör i alla s.k. värmemaskiner som bilmotorer, ångmaskiner, ångturbiner etc. Det finns en teoretisk gräns för hur stor del av värmeenergin som kan omvandlas till rörelseenergi och den ligger typiskt vid 30-40 %. Ett änglaspel är dock en synnerligen dålig värmemaskin som slösar bort nästan all energi på att värma omgivningen. Det lilla som blir kvar räcker i alla fall för höja julstämningen lite.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Matthias, 13: Vad händer om man kokar ett ägg på ett berg. Ca 2000 meter högt. Varför kokas ägget snabbare än vanligt, vid samma temperatur som man använder hemma i köket?
Svar: Vatten som befinner sig i ett kärl i ett slutet rum minskar sin volym genom dunstning tills dess att trycket hos vattenångan är precis så högt att avdunstning och kondensation balanserar varandra så vattenvolymen förblir konstant. Det tryck som vattenångan då har kalls för ångtrycket och beror på temperaturen. Hög temperatur ger högt ångtryck. När temperaturen är så hög att ångtrycket är lika stort som lufttrycket så kommer avdunstningen inte längre bara att ske vid ytan, utan även inne i vätskan som böjar koka. Vid det lufttryck som man har vid havsytan sker detta vid ungefär 100 grader Celcius. Om du befinner dig 2000 m över havet har atmosfärstrycket sjunkit till ca 80 % av trycket vid havsytan, så vätskans ångtryck kommer att bli samma som lufttrycket vid en lägre temperatur än 100 grader. Vattnet kokar och från en tabell som visar vattens temperatur vid olika ångtryck ser man att temperaturen är endast ca 94 grader vid 80% av luftrycket vid havsytan.. Du kommer alltså att värma ägget med en lägre temperatur när du kokar det på ett 2000 m högt berg.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Tina 24: Hej! Jag undrar om varför flyger man utåt när man åker fortare i en karusell?
Svar: Man säger ofta att man utsätts för en "centrifugalkraft" när man befinner sig på en roterande plattform som en karusell. Man får dock vara försiktig med begreppet centrifugalkraft, eftersom det inte handlar om en yttre kraft som t.ex. gravitation, utan är en konsekvens av att man vid rotationen hela tiden ändrar sin rörelseriktning. Om du sitter mot en vägg längst ut på karusellen kan man säga att du hela tiden "vill åka rakt fram" (dvs. i tangentens riktning) enligt Newtons första lag medan väggen hela tiden utsätter dig för en kraft som tvingar dig in mot karusellens centrum. Centrifugalkraften kallas därför för en "tröghetskraft" och det hävdas ibland därför att det inte är någon "riktig kraft". Jag tycker dock mycket väl man kan använda begreppet för att beskriva krafter i roterande system, bara man vet vad man gör. Det finns även andra mer komplicerade tröghetskrafter, t.ex. den s.k. corioliskraften som ligger bakom hur lågtryck roterar på vår jord.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Staffan, 60+: Kokning på en induktionsspis sker ju genom alstring av virvelströmmar i kastrullen. Enligt tillverkarna kan man endast använda kastruller med "magnetisk" botten, (jag förmodar att man menar magnetiserbar botten) som t ex järn. Varför fungerar inte aluminium- eller kopparkastruller, virvelströmmar alstras ju även i dessa metaller.
Svar: Du har helt rätt i att virvelströmmar alstras i alla elektriskt ledande material om de utsätts för ett cykliskt varierande magnetfält. Eftersom materialet har ett visst elektriskt motstånd kommer dessa virvelströmmar att alstra värme Om materialet även är ferromagnetiskt kommer dessutom ett annat fysikaliskt fenomen att äga rum, nämligen en om-magnetisering av materialet som sker med samma frekvens som det pålagda magnetfältet. De s.k. hysteresförluster som då uppstår alstrar även de värme, och uppenbarligen är denna effekt helt dominerande för magnetfält med de frekvenser (typiskt 50 kHz) som används i en induktionsspis. Effekten blir störst om materialets magnetiseringskurva har stor hysteres. Någon klar åtskillnad mellan dessa två fenomen görs sällan när man förklarar hur induktionsspisar fungerar, vilket blir ganska förvirrande.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Katarina: Vad är sambanden mellan Bohrs postulat, excitering respektive de-excitering av en atom, energinivåerna i en väteatom samt absorbtions- och emissionsspektrum?
Tack på förhand!
Svar: Bohrmodellen var den första atommodell som beskrev hur elektronerna som finns runt atomkärnan endast kan befinna sig i vissa energitillstånd, vilka kallas stationära tillstånd. En klassisk bild av en atom med elektroner som går i elliptiska banor runt atomkärnan likt planeterna runt solen är inte stabil eftersom elektronerna är elektrisk laddade och skulle sända ut elektromagnetisk strålning när de roterade. Den nya beskrivningen av atomen, med vissa bestämda energinivåer, var banbrytande och ledde fram till det som kallas kvantfysik. Lämnas en väteatomen ifred kommer elektronen att "ramla ner" till det lägsta energitillståndet, grundtillståndet. Om energi tillförs, t.ex. genom att lysa på atomen, kommer elektronen att exciteras ("flyttas upp") till en av de högre energinivåerna. När den sedan ramlar ned till grundtillståndet eller någon mellanliggande nivå sänds energi i form av ljus med en viss våglängd ut, atomen de-exciteras. Våglängderna hos det utsända ljuset svarar direkt mot energiskillnaderna mellan nivåerna och utgör ett emissionsspektrum. Om man lyser genom väte med UV-ljus av olika våglängder kommer ljuset att absorberas kraftigt just vid just de våglängder som svarar mot excitationer, så efter passagen skulle man se mörka band för just dessa våglängder i ett spektrum. Detta är du ett absorptionsspektrum.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Emil, 11: Hej! jag har hört att man skulle kunna driva rymdskepp på antimateria. Vad är antimateria egentligen och hur man tillverkar det?
Svar: Hej Emil. Atomerna som all materia runt omkring oss är uppbyggd av består av tre olika elementarpartiklar: den plusladdade protonen, den oladdade neutronen och den minusladdade elektronen. Nu har det visat sig att de laddade partiklarna har "spegelbilder" på så sätt att det finns precis likadana partiklar med motsatt tecken på laddningen. Mot den negativa elektronen svarar en positiv positron, och mot den positiva protonen svarar en negativ anti-proton. Neutronen har ingen laddning och behöver ingen antipartikel. Dessa antipartiklar kan skapas i acceleratorer på jorden, fast det är svårt, och sätts de samman till atomer så får man antimateria. Man har nyligen lyckats framställa 50.000 anti-väte atomer
(= 0,000000000000000000083 gram) som man gjort experiment med. Vad som är så spännande med antimateria är att om man förenar den med vanlig materia så omvandlas allt till energi enligt Einstiens formel E=mc^2. Det här gör att antimateria skulle vara det bästa bränsle för en rymdfarkost som man kan tänka sig, och därför gillar författare av science-fiction böcker antimateria. Problemet är att det är svårt att tillverka, och lika svårt att förvara. En annan sak fysiker funderar över är att när universum bildades så bör det ha skapats lika mycket antimateria som vanlig materia, men vart den har tagit vägen vet man ej.Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Lars Engström, pensionär och f d lärare i gymnasiet: Det påstås att kvantfysiken och energiprincipen kräver att all energi i ett interferensmönster hamnar i de ljusa linjerna.
Är det verifierat kvantitativt genom noggranna mätningar att den totala energin bevaras i de konstruktiva interferensfransarna?
Svar: Jag tolkar frågan på följande sätt.
Om två vågkällor sänder samtidigt kommer vågorna att överlagra varandra och ge ett interferensmönster. På vissa ställen förstärker (konstruktiv interferens) och på andra ställen försvagar (destruktiv interferens) de enskilda vågorna varandra. Ibland hävdas att ökningen av energin i regioner med konstruktiv interferens exakt motsvarar minskningen i regioner med destruktiv interferens. Är det så?
I det allmänna fallet är det inte så! Detta kan man inse genom ett enkelt tankeexperiment där två sfäriskt sändande vågkällorna sänder med samma frekvens och i fas med varandra. Om de två vågkällorna placeras på ett avstånd som är litet (låt oss säga 10%) av vågornas våglängd inser vi att vågfronterna kommer att interferera (praktiskt taget) konstruktivt i hela rummet. Och här finns ju ingen region med destruktiv interferens som kan kompensera för "energivinsten". Förklaringen till detta är att vågkällorna påverkar varandra. I detta fallet måste källorna sända med högre effekt. Handlar det om en tryckvåg (ljud) krävs det mer arbete för att alstra högre tryck där en annan våg redan skapat ett övertryck. Och handlar det om en en elektromagnetisk våg krävs det på samma sätt mer arbete att flytta laddningar i motsatt riktning mot vad ett annat fält "vill" flytta dem.
Om källorna separeras kommer deras inverkan på varandra att minska. En beräkning av interferensmönstrets energi visar också att ju större avståndet blir desto mer korrekt är det att säga att energiökningen i regioner med konstruktiv interferens exakt balanseras av minskningen i regioner med destruktiv interferens.Vänliga hälsningar från en namne, Lars (Alfred) Engström, universitetslektor i fysik
Henrik, 21: Om jag färdas fort med en motorcykel kyls ju min kropp ner av luften. Men om jag färdas jättefort börjar ju friktionen som uppstår av luftmotståndet att värma mig, ellelr hur?! Hur fort måste jag köra för att jag ska värmas av luftfriktionen?
Svar: Den effekt som helt dominerar för hastigheter som är möjliga med en motorcykel är att värme leds bort snabbare från kroppen när fartvinden ökar, givetvis under förutsättning att lufttemperaturen är lägre än kroppstemperaturen. Att friktionen mot luften även alstrar värme stämmer också, men effekten är liten för en motorcyklist. Jag kan inte ange några specifika siffror, men för flygplan gäller att ca dubbla ljudhastigheten (ca 2000 km/tim) är den högsta hastighet som kan hållas om aluminium skall användas. Det extremt snabba flygplanet SR-71 Blackbird som flyger i över Mach 3 upphettas bitvis till 700 grader och måste därför vara tillverkat delvis av titan vilket drastiskt fördyrar konstruktionen.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysi
Hugo, 21: Hej! Jag har funderat lite på det här med ljudets hastighet samt det välkända flygplanet Concorde. Enligt uppgift så hör men en kraftig smäll inuti detta flygplan när man spränger ljudvallen, men borde man inte rent teoretiskt i detta ögonblick precis ha överskridit ljudets hastighet och med andra ord torde de bli relativt tyst i planet ?! Varifrån kommer knallen/smällen ?! / Tack
Svar: Ljudbangen från ett överljudsplan hörs utanför planet, och ej av passagerarna. När ett föremål rör sig snabbare än ljudet bildas en konformad tryckvåg utanför föremålet som upplevs som en knall för den som befinner sig på marken när tryckvågen drar förbi. Inuti planet står luften stilla i förhållande till passagerarna och ljudvågorna beter sig där precis som i vilket rum som helst.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Johan, 17: Hej! Vad är en hästkraft? Hur mäter man det?
Svar: Hästkraft [hk] är en enhet för effekt, dvs energi per tidsenhet, precis som Watt [W] vilket är den enhet som tillhör det standardiserade SI-systemet som normalt används inom fysik och teknik. Att enheten hästkraft fortfarande lever kvar beror på att den sedan länge använts i praktiska samanhang för att ange t.ex. effekten hos bilmotorer. Numera ser man oftast bilmotorers effekt angiven både i hk och kW. En hästkraft motsvarar 735 W (0,735 kW), och svarar mot den effekt som krävs för att lyfta upp 75 kg en meter på en sekund. Hur man mäter effekt beror på omständigheterna. Vill man t.ex. mäta effekten hos en bil kan man låta hjulen driva en generator varvid man mäter den elektriska effekt som genereras, givetvis med hänsyn taget till de förluster som sker vid omvandlingen.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Maria, 16: Hur flyttas värmeenergi?
Svar: Värme kan flyttas genom tre olika mekanismer: 1. Genom strålning: Ett föremål som är varmare än omgivningen skickar ut mer värmestrålning än det tar emot, vilket innebär att värme flyttas från det varma föremålet till omgivningen. Värmestrålningen liknar vanligt ljus, syns dock inte men kan uppfattas av huden om man är nära en värmekälla. Värmetransport genom strålning kan ske även i vakuum. 2. Genom ledning: Värme, som fysikaliskt är vibrationer hos ett ämnes atomer, sprids i fasta ämnen. Speciellt metaller leder värme bra vilken man märker om man håller i en silversked som stoppas i varmt kaffe eller te. 3. Om ett varm föremål befinner sig i en gas, t. ex. i luft, så värms gasen av föremålet och stiger sedan uppåt varvid värme förs bort från det varma föremålet. Den här processen kallas konvektion.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Skål! 30: Stundvis i år har det varit kallt ute. Då jag skulle sätta ut några vinflaskor på balkongen började jag fundera på ett problem som jag inte kunde lösa. Efter hur lång tid i ex.vis -10 grader Celcius är olika vätskor genomfrusna och ev. spränger flaskan. Jag vet att det blir en lång uträkning om vi ska räkna på exakta fryspunkter för alla ämnen som kan ingå i vätskorna, de största bidragande faktorerna för att vätskan inte skall frysa är väl om det är tryck (kolsyra), alkohol eller saltvatten. Så nu hoppas jag på er hjälp med mitt problem. Jag vill kunna beräkna infrysningstiden för en viss % halt alkohol kontra volym vätska och temperatur:
1L spektrografiskt ren etanol 99,5 %
1L Vodka 40%
1L Vin 13%
1L Öl 2,25%
1L saft
Vart finner jag sambandet?
Jag beklagar att det blev en sådan lång fråga men jag hoppas på svar.
Tack på förhand // M
Svar: Hej och Skål! Din fråga är inte så lätt att besvara, eftersom det är många faktorer som påverkar resultatet. Den enkla delen är att bestämma fryspunkterna, och här gör jag ytterligare en förenkling genom att betrakta dina drycker som etanol löst i vatten. Då erhåll följande fryspunkter från CRC Physics Handbook (viktsprocent):
Ren etanol: -114 grader C
40 % etanol i vatten: -29 grader C
13 % etanol i vatten: -6 grader C
2.25 % etanol i vatten: -1 grader C
0 % etanol i vatten: 0 grader C
Det här stämmer förstås inte exakt, speciellt för de låga halterna eftersom även socker och andra komponenter kan inverka på fryspunkten.
Att från detta få fram hur lång tid det tar för flaskorna att frysa i -10 gradig kyla är dock inte lätt, eftersom värmetransporten från vätskan till omgivningen beror på flaskornas utformning och vilken temperatur de har när du ställer ut dem. Har du ett tunt lager i en skål kyls det snabbt medan den ideala formen för att hålla värmen länge är en sfärisk flaska. Andra faktorer som spelar in är glasets tjocklek och om flaskorna är utsatta för vind. Det här är alltså en typ av problem där det enkla rådet blir: Prova!Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
R.Y 17: Vad händer med två magneter som sätts ihop- vilka energiomvandlingar sker och skulle det kunna användas i ett kraftverk?
Svar: En kropp kan ha varierande potentiell energi (lägesenergi) beroende på hur högt ovanför marken den befinner sig, vilket har att göra med gravitationskraften. På samma sätt har de två magneterna en högre potentiell energi p.g.a. den magnetiska kraften när de är skilda från varandra (här antas att de är riktade så att de attraherar varandra). När de börjar röra sig mot varandra överförs den potentiella energin till rörelseenergi, och när de slutligen slår ihop övergår rörelseenergin till värmeenergi och lite ljudvågor som du hör när magneterna slår ihop. Förutsättningen för att man skulle kunna ha någon praktisk nytta av detta som energikälla vore att man hade stora mängder starka permanentmagneter som låg skilda från varandra så att man kunde använda den potentiella magnetiska energin till något nyttigt. Detta är ju inte fallet, men det finns en helt annan användning av magneter som är viktig för kraftförsörjning. Magneter används nämligen i elektriska generatorer. Där använder man det fenomenet att det induceras en ström i en elektrisk ledare som rör sig i ett magnetfält. Energin som tillförs genom t.ex. en ångturbin kan på så sätt omvandlas till elenergi som är praktisk och lätt att transportera.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Freja 12: Hej!! I skolan har min NO-lärare berättar för mig om atomer och hur ett kärnkraftverk fungerar. När man har sönder en atom bildas det ju värme och det är det som händer när en atombomb sprängs. Min fråga är: hur varm kan en atombomb (som exploderar) bli?
Svar: Temperaturen i centrum av en kärnvapenexplosion kan vara över 10 miljoner grader Celcius, vilket är den högsta temperatur som människan kan uppnå här på jorden. Det är också den här extrema temperaturen som gör att en kärnvapenexplosion får så fruktansvärda verkningar. Det heta eldklotet i centrum av explosionen sänder ut värmestrålning som kan tända eld på föremål flera mil bort.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Jessica 13: Hej! Jag undrar varför svart alltid blir varmare än vitt i solen! Jag skulle vilja ha en förklaring oxå. Det vore toppen om du kunde svara ganska snabbt.
Svar: Att ett föremål är vitt betyder att det mesta av ljuset som faller mot det reflekteras, dvs. det "studsar" tillbaks. Ett svart föremål absorberar ljuset som faller på det vilket betyder att det inte sänds ut igen, utan istället omvandlas till värme. På så sätt blir ett svart föremål varmare än ett vitt.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Kenny 15: Hejsan, jag har en kanske ganska simpel fråga men ändå enligt mig svår. Skulle jag kunna få en förklaring på vad radioaktivitet egentligen är? Är det neutronstrålning, gamma eller inget av de ovanstånde? Om det är neutronstrålning är det när dessa "fastnar" som genförändringar i cellerna sker och cancer är ett faktum? Vore väldigt lättande att få ett svar. Tack på förhand =).
Svar: Radioaktiv strålning är ett gemensamt namn på de olika sorters strålning som alstras vid radioaktivt sönderfall som sker när radioaktiva atomer spontant övergår (transmuteras) till nya element. Strålningen kan antingen vara av elektromagnetisk typ och kallas då gammastrålning (fotoner), eller bestå av partiklar. Partikelstrålningen kan vara av fyra sorter: 1. Alfastrålning vilken består av heliumkärnor (två protoner tillsammans med två neutroner), 2. Betastrålning vilken består av elektroner, 3. Neutronstrålning , 4. Neutrinos. Neutrinostrålningen har ingen praktisk betydelse eftersom dessa partiklar har extrem låg chans att påverka andra partiklar och går rakt igenom det mesta utan att ställa till någon skada. De andra typerna av radioaktiv strålning har det gemensamt att de p.g.a. sin höga energi kan jonisera de atomer och molekyler de träffar vilket gör att de kan påverkar biokemin hos levande organismer och därigenom ge upphov till bl.a. cancer och förändringar av arvsmassan. Alfa och betastrålning som består av laddade partiklar har dock låg genomträngningsförmåga medan de oladdade neutronerna och gammafotonerna kräver tjocka skyddsbarriärer.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Jan: Hej! Vi har diskuterat temperaturer i bostäder och att det verkar väldigt svårt att mäta temperatur då olika mätare/termometrar ger olika svar (grader). Köper man ett antal olika digitala mätare ger dom olika resultat på samma mätpunkt, samt kan färg & ljus också påverka resultatet. Är det så att resistansen, ohm i sladdar/kablar ger olika värden och att mätområdet måste specificeras för vad den skall mäta.
Är lasermätare dom mest exakta som finns idag? Finns det tabeller man kan gå in i för att finna svar, och slutligen vad påverkas vi som människa mest av, sjunkande, stigande eller varierande temperaturer.
Med bästa hälsningar
Jan Bergstrand
Svar: Att mäta temperatur kan vara knepigt, eftersom det gäller att mätkroppen befinner sig i termisk jämvikt med det man önskar mäta temperaturen på. Man måste undvika att mätkroppen utsätts för värmestrålning, t. ex. genom att den utsätts för solljus, samt att man ger utrustningen tid att komma i jämvikt. När det gäller billiga termometrar, vare sig de är digitala eller ej, är dock noggrannheten ganska bristfällig. Frågan om lasermätare förstår jag inte, eftersom dessa normalt används för att mäta avstånd och hastighet, inte temperatur. Vad gäller hur människan påverkas av temperatur kan jag bara hänvisa till min egen erfarenhet att ojämn temperaturfördelning över kroppen som uppstår genom drag etc. ofta kan upplevas som obehaglig och ge bl.a. huvudvärk.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
André, 21: Hej! Jag undrar lite om det här med luft och friktion, om ett föremål färdas tillräckligt fort i luft börjar det ju brinna av friktionen. Kan man göra på så sätt att man har ett föremål som är stilla och blåser luft så hårt på det så att det börjar brinna då också? Alltså om man teoretiskt sett kan starta eld med hjälp av luft. M.V.H / André
Svar: Ett föremål som rör sig med hög hastighet i atmosfären kommer, som du säger, att upphettas och brinna upp om hastigheten är tillräckligt hög. Detta är vad som händer med meteorer som faller in mot jorden vilket syns på natthimlen som "stjärnfall". Rymdfarkoster som återinträder i jordatmosfären kan också drabbas av samma öde om inte inbromsning och vinkeln under återinträdet är den rätta. Om man blåser på ett stillastående föremålet erhålls samma uppvärmning, vad som spelar roll är den relativa hastigheten mellan föremålet och luftens hastighet. Det kräver dock vindhastigheter på flera gånger ljudhastigheten vilket gör det till ett synnerligen opraktiskt sätt att tända eld på något, och jag känner ej till några tillämpningar där metoden används.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Katarina, 13: Jag har några frågor om ljuset:
Kan ljuset gå hur långt som helst?
Hur långt ljuset går beror det på hur stark ljuskällan är?
Har ljuset alltid samma hastighet?
Mvh Katarina
Svar: I perfekt tomrum sker ingen absorption av ljus, så där kan ljuset gå hur långt som helst. Detta innebär att de största teleskopen som finns kan se ända till universums "gräns". I princip kan man säga att det inte spelar någon roll om ljuskällan är stark eller svag, eftersom ljuset kan sägas bestå av små "partiklar" som kallas fotoner, och en sådan foton kan röra sig hur långt som helst. I praktiken spelar dock ljuskällans styrka roll, eftersom det krävs en viss ström av fotoner för att de skall kunna ge en bild i ett teleskop. Ljusets hastighet i tomrum, som är ca 300.000 km/s, är samma oberoende av om den som mäter hastigheten rör sig i förhållande till ljuskällan eller ej, vilket är väldigt konstigt. Det naturligaste hade varit att anta att den som rör sig mot en ljuskälla skulle mäta en högre hastighet, vilket alltså inte är sant. Detta var något som Albert Einstein först kom på, och som ligger till grund för hans speciella relativitetsteori.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Karin, 23, Anna, 26: Jag håller på med ett projekt där jag ska koka vatten på olika sätt och få fram vilket sätt som tar kortast tid. Vi använder oss av spis, micro och vattenkokare. Jag skulle vilja ha hjälp med att hitta en formel för detta.
Tack på förhand Karin Wålinder
Svar: Någon enkel formel som man kan ta till finns inte, men med lite fysikaliskt resonerande kan man få en del av svaret. Man måste givetvis utgå från ett fall där alla tre metoderna använder samma elektriska effekt, och då kommer det att gå snabbast med den metod där den största delen av denna effekt går till att värma vattnet, alltså där man har minst förluster. En vattenkokare kommer ganska nära idealet, eftersom värmespiralen där 100% av den elektriska effekten blir till värme är helt omgiven av vatten. De enda förlusterna är genom kärlets väggar och lock, så om man isolerade dessa skulle man ha ett nästan perfekt system. På en spis blir förlusterna större, eftersom plattan strålar ut en hel del energi som värmestrålning vid kanten samtidigt som en del leds bort neråt i spisen. Kastrullen bör givetvis vara försedd lock. I mikrovågsugnen beror effektiviteten på hur bra den elektriska effekten omvandlas till mikrovågor, som sedan värmer vattnet. En mikrovågsugn har normalt en fläkt som kyler magnetronen där mikrovågorna alstras. Att det måste ske en del förluster märks genom att det blåses ut en hel del varm luft medan ugnen är i drift. Alltså: fortast går det i vattenkokare medan det är svårare att avgöra om spisen eller mikron är snabbast. Jag gissar på mikron.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Belinda, 24: Hej! Jag och mina jobbkompisar har blivit oense om en ganska löjlig grej. Därför undrar vi nu - Är det möjligt att gjuta rostfritt stål? Om det är möjligt - går det att svetsa fast på 18/10 stål?
Svar: Gjutning genomgår som verkstadsteknisk process och forskningsområde en renässans. T.ex. satsas mycket på att kunna tillverka detaljer till bilar med gjutning, då helst i lättmetall som magnesium. Mindre vikt att transportera ger mindre utsläpp. En kontakt med Gjuteriföreningen (gjuteriforeningen.se) är mycket givande. Det finns faktiskt flera svenska gjuterier som erbjuder rostfritt stål inklusive den sammansättning som ni syftar på med mycket krom och nickel i. Rostfritt stål har en relativt komplicerad sammansättning, inte minst genom de faser och kornstorlekar som önskas. Den temperatur som krävs för att gjuta stål är också hög. Då uppstår lätt segregationer i sammansättningen och homogeniserings- och åldringssteg är viktiga i all framställning av stål.
Ett alternativ är att använda ett finfördelat pulver (snabbstelnade droppar med en jämn sammansättning) av stål och sintra ihop dem utan luft och under högt tryck. Processen kallas ASP efter Asea Stora Processen och materialets tillverkas av Erasteel Kloster i Söderfors.
I en framtid kan man tänka sig att göra halvsmält metall, dvs arbeta nära den eutektiska punkten i fasdiagrammet (från grekiskans ord för "smälta lätt"). Detta geleliknande material (vid hög temperatur, dock mycket lägre än smälttemperaturen för järn) kan formpressas. Sedan kommer stelningsförloppet att avgöra materialets slutliga mikrostruktur och därigenom egenskaper. Mig veterligen har ingen provat detta för stål ännu.Andra utvecklingslinjer är riktade emot att göra kvasikristallina
material och amorfa metaller. Att svetsa är i sig en svår konst och mycket erfarenhet ställs på huvudet om ett material framställt med ny process ska hanteras. Låter utmanande att prova. Stål är alltså ett väldigt är spännande material som kantas av uppfinningar. Liksom på IKEA omsätts produkterna i vår industri på 5 år. Det är materialkunnandet som fortsätter att bära upp Sveriges välstånd!Lars Hultman, professor i fysik
Lars, 40: Hej! Vi diskuterar följande: Vid vilken temperatur fryser en blandning av vatten och alkohol, tex. vin ca 12% ?
Svar: Enligt CRC Physics Handbook sänks fryspunkten 5,56 grader C i en lösning med 12 viktsprocent etanol i vatten.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Inger, 52: Jag är en s.k. nattdrickare och varje natt måste jag ha ett glas vatten bredvid sängen som jag dricker ur då och då. Eftersom jag emellanåt är törstigare än annars så har jag också reservvatten i en 50 cl petflaska bredvid glaset så att jag kan fylla på detsamma utan att måsta stiga upp och bli klarvaken. Nu har jag upptäckt en sak som jag inte kan sluta fundera över. När vattnet i glaset tar slut och jag fyller på med nytt från flaskan så är det vattnet varmare än det som fanns i glaset! Varför!? Hur kan vatten i en petflaska vara varmare än vattnet i ett glas när bägge står bredvid varandra i samma rum? Jag har gjort en helt (?) vetenskaplig undersökning och mätt temperaturen så det är ingen inbillning. Vattnet i både flaskan och glaset är 10 grader när jag häller upp det men efter en natt i sovrummet är vattnet i glaset 19 grader precis som temperaturen i sovrummet medan vatten i flaskan är drygt 20 grader. Snälla hjälp mig så att jag kan sluta grubbla.
Svar: Intressant iakttagelse! Anledningen till att vattnet i glaset har något lägre temperatur än omgivningen är att det sker avdunstning från ytan, vilket hela tiden för bort värme från vattnet. Det är samma mekanism som vår kropp använder för att kyla sig genom svettning. I den tillslutna flaskan sker ingen nettoavdunstning annat än under den allra första tiden efter att korken skruvats på, eftersom volymen ovanför vattenytan snabbt blir mättad med vattenånga. Jag gjorde samma mätning som du, och konstaterade också en temperaturskillnad av ca 1 grad C, vilket ju är tillräckligt för att man skall känna skillnad när man dricker vattnet.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Thomas, 43: Fick frågan av en elev, vad är det i en metall som avgör hur pass väl den leder värme. Vad finns det för koppling till den elektriska ledningsförmågan?
Svar: Temperaturen hos ett fast ämne i en viss punkt anger hur stora vibrationer dess molekyler eller atomer gör kring sina jämviktslägen. Om ett fast ämne tillförs värme i ena änden så att temperaturen där är högre kommer de kraftigt vibrerande atomerna att påverka sina grannar så att deras vibrationer också ökar, och man får på så sätt en värmetransport från varmare till kallare delar. Är ämnet dessutom elektriskt ledande som en metall sker samma fenomen, men värme kommer dessutom att transporteras av fritt rörliga elektroner som kallas ledningselektroner. Det är närvaron av dessa ledningselektroner som också gör att ämnet är elektriskt ledande. Eftersom värmeledningen genom elektroner är mycket effektiv så förklaras varför metaller normalt leder värme bättre än isolatorer. Det finns även en trend att metaller med god elektrisk ledningsförmåga (ex. koppar, silver) har bättre värmeledningsförmåga än metaller med lägre elektrisk ledningsförmåga (ex. järn). Ledningsförmågan i en metall beror alltså på hur lätt ledningselektronerna kan röra sig, och det är framför allt materialets kristallstruktur och renhet som bestämmer detta.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Farre, 13: Vad händer i ett ämne vid - 273 grader Celsius?
Svar: Eftersom temperaturen hos ett fast ämne anger hur mycket atomerna eller molekylerna vibrerar, så är det lätt att förstå att det måste finnas en lägsta temperatur som svarar mot att atomerna eller molekylerna står stilla. Detta är den absoluta nollpunkten som skriv 0 K (grader Kelvin) eller -273,15 C (grader Celcius). Är man petig så har man enligt kvantfysiken väldigt små vibrationer även vid 0 K som ger en s.k. "nollpunktsenergi". Nära den absoluta nollpunkten uppstår ett antal speciella fenomen. Flera ämnen förlorar sitt elektriska motstånd vilket kallas supraledning, och om man kyler ned Helium till en temperatur som ligger under 2,17 K så får man en vätska som saknar viskositet och kan flyta genom hur små hål som helst.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Karin 20: Varför kan man känna skalvet från en explosion långt ifrån, innan man kan höra ljudet från explosionen?
Svar: Ljudvågorna i luften sprids med ljudhastigheten som är ca 330 m/s, medan de seismiska vågorna som alstra vid explosionen, och som liknar ljudvågor fast de fortplantar sig i marken, har mycket högre hastighet (typiskt 8 km/s). Det gäller generellt att ljud fortplantas med mycket högre hastighet i fasta ämnen än i gaser.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Jens, 34: Om jag tar en bildrörsmonitor tillverkad för norra halvklotet och använder på södra, hur ser bilden ut och varför?
Mvh, Jens
Svar: Jag antar att du syftar på den effekt som man skulle kunna få eftersom det jordmagnetiska fältet är annorlunda på södra halvklotet. Någon märkbar effekt bör dock detta inte ge om skärmen slås på innan den används, eftersom alla TV apparater och monitorer med CRT-bildrör har inbyggd avmagnetisering. En TV skall ju ge bra bild oberoende av hur den är placerad, så även här på norra halvklotet varierar ju det magnetfält som apparaten upplever. Om man vill se om det blir någon effekt pga. skillnaden i magnetfältets vertikalkomposant kan man ju vända sin TV upp-och-ned. Jag gjorde själv det experimentet, och färgerna ändrades helt och hållet, men om skärmen avmagnetiserades genom att slå på och av den så vart färgerna normala i det upp-och-nedvända läget. Att man får en färgändring innan avmagnetisering beror på att skuggmasken, som sitter framför skiktet med punkter som lyser i olika färg när de träffas av elektronstrålarna, kommer att magnetiseras när det yttre magnetfältet ändras. Eftersom laddade partiklar avböjs i magnetfält kommer elektronstrålarna att träffa fel färgpunkter. När TV:n slås på avmagnetiseras skuggmasken genom att kortvarigt utsättas för ett tidsvarierande magnetfält vars styrka successivt sänks.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Johan, 19: Hej! Jag undrar vilken massa en "tyngdlös" ballong med helium har. Jag undrar också om det då är möjligt att få en fotboll "tyngdlös" genom att fylla den med helium?
Svar: Att ballongen verkar "tyngdlös" beror på att förutom den gravitationskraft som verkar på ballongen (+ helium) så har man en lyftkraft som beror på att ballongen befinner sig i ett omgivande hav av luft. Den här lyftkraften är liks stor som tyngden av den bortträngda luften. Eftersom helium har lägre täthet än luft (dvs. mindre massa per volymenhet) kan det hända att lyftkraften precis uppväger tyngdkraften, och ballongen tycks sväva viktlöst. Massan hos ballongen med sin gas inuti är dock hela tiden oförändrad och skulle kunna bestämmas genom att lägga den på en våg i en kammare där luften evakuerats. Att göra en vanlig fotboll "tyngdlös" skulle inte gå eftersom lyftkraften som svarar mot den bortträngda luften är mindre än vikten av fotbollens hölje som ju är ganska tjockt. För att få den att sväva skulle du antingen vara tvungen att göra den av mycket tunt material eller också göra den väldigt stor. Eftersom höljets tyngd ökar med kvadraten på radien medan lyftkraften beror på volymen som ökar som radien i kubik så kommer den att börja sväva vid en viss storlek, men då lär den inte vara användbar som fotboll.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
David, 18: Hejsan. Jag undrar om en mikrovågsugn sänder ut strålning som en mobiltelefon gör?
Svar: Den strålning som används i en mikrovågsugn och som sänds ut av en mobiltelefon är båda elektromagnetiska vågor med ungefär samma våglängd. Enligt Statens Strålskydds Institut (SSI) så skall intensiteten på 5 cm avstånd från en mikrovågsugn inte överstiga 50 W/m^2. De värden man normalt mäter upp är dock väsentligt lägre, i en test av 130 ugnar uppmätte man inget värde högre än 10W/m^2. En GSM telefon har typiskt en sändareffekt på 250mW, och om man antar denna effekt sprids likformigt från antennen så blir intensiteten på 5 cm avstånd ca 8 W/m^2 och på 10 cm avstånd ca 2 W/m^2. Eftersom man normalt håller antennen bara några centimeter från hjärnan, medan man sälla använder mikrovågsugnen som huvudkudde så är det uppenbart att om man väljer mellan dessa så är det är mobilstrålningen man skall oroa sig för.
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Johanna 12: Jag undrar vad det är för skillnad mellan ljudvågor och radiovågor?
Svar: Hej Johanna. När man säger att man har en våg så menar man att någonting svänger fram och tillbaks samtidigt som vågen sprider sig. Det är lättast att se om man slänger en sten i en vattensamling med lugn yta. Vattenytan börjar röra sig upp och ned, och samtidigt så sprids vågor i snygga cirklar runt nedslaget. Trots att vattenmolekylerna i stort sett rör sig upp och ned på samma ställe, så sprids vågen ut över ett stort område. När det gäller ljudvågor händer ungefär samma sak, fastän nu är det luftmolekyler som rör sig, så vi kan inte se själva vågen. När den träffar trumhinnan i ditt öra så börjar den svänga och du hör ett ljud. När det gäller radiovågor är det lite mer komplicerat, eftersom det inte är några partiklar som svänger, utan det man kallar elektriska och magnetiska fält. Därför kallas en radiovågor för en elektromagnetisk våg. Det finns många andra vågor som också är elektromagnetiska som vanlig ljus, röntgenstrålar och mikrovågorna som värmer mat i en mikrougn. Alla sådana elektromagnetiska vågor rör sig med ljusets hastighet, som är väldigt hög. En ljusstråle hinner gå ungefär åtta varv runt jorden på en sekund!
Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Laura, 15: Hej alla glada forskare.
Hoppas att ni kan svara på min fråga om energi.
Jag undrar hur en slinky (strålfjäder) fungerar och vilka energiomvandligar det är i sen slinky.
Tack för erat svar.
Svar: Om slinkyn går nedför en trappa kan man identifiera tre energiformer:
1) Potentiell energi (lägesenergi) på grund av gravitationen som beror av hur högt upp tyngdpunkten ligger. För att kunna räkna med denna energi måste man välja en referenspunkt som kan ligga på en godtycklig höjd. Energin ges av uttrycket E=mgh, där m är massan, g är tyngdaccelerationen och h är höjden relativt referenspunkten.
2) Potentiell energi som har att göra med hur utsträckt fjädern är. Denna energi sätts normalt satt till noll när inga krafter verkar på fjädern och ges för en linjär fjäder av utttrycket E=(1/2)kx^2 där x är avvikelsen från jämviktsläget och k är en konstant. Att beräkna den här energin för en slinky med sin oregelbundna form är säker knepigt.
3) Rörelseenergi (kallas ofta kinetisk energi) som har att göra med kroppens rörelse. För en kropp som rör sig rakt fram ges den av uttrycket E=(1/2)mv^2, där m är massan och v är hastigheten. För en slinky blir det mer komplicerat eftersom rörelsen är oregelbunden och har inslag av rotation. När slinkyn väl kommit ned för trappen och står still kan man ju undra vart all energi tagit vägen. Svaret är att den potentiella energi den ursprungligen hade har omvandlats till värme genom friktion av olika slag.Ragnar Erlandsson, universitetslektor i fysik
Sidansvarig:
ake.hjelm@liu.se
Senast uppdaterad: Thu Mar 28 14:36:09 CET 2013
