Pohyby částic
Hlavní záložky
Svět kolem nás je v neustálém pohybu. Planety obíhají Slunce, sluneční soustava se pohybuje společně s Mléčnou drahou, celý vesmír je v pohybu. Svět kolem nás se skládá z částic, atomů a molekul, které vykonávají neustálý pohyb. Tento pohyb je dosti komplikovaný a chaotický.
Pohyby a kmitání částic popisuje kinetická teorie látek, která má následující tři zákonitosti:
|
Neustálý a neuspořádaný pohyb všech částic nastává v důsledku vnitřní energie těles. Znamená to, že například dvouatomové molekuly plynu ve vzduchu na sebe navzájem narážejí stejně tak, jako molekuly vody nalité ve skleničce. Teorie o neustálém pohybu částic nám potvrzuje například Brownův pohyb či difúze.
Švédský botanikRobert Brown v roce 1827 pozoroval pod mikroskopemchovánípylovýchzrnvevodě. Povšimlsi, že zrnka vevoděnepatrněkmitají. Tentojevvysvětlil až v roce 1905 Albert Einstein – zdůvodnil kmitání jako následek narážení částic vody právě na rozptýlená pylová zrna.
Pronikání částic jedné látky mezi částice jiné látky se nazývá difúze. Částice látky se rozptylují do míst s nižší koncentrací.
"Do kádinky s vodou přidáme 1 g manganistanu draselného KMnO4. Několik minut můžeme pozorovat, jak dochází k postupnému rozpouštění manganistanu ve vodě."
Částice různých látek většinou nemají stejné rozměry, a proto dochází při jejich mísení ke snížení objemu celé směsi, neboť menší částice pronikají mezi větší.
Představme si jednoduchou molekulu vody a studujme, jaké pohyby může konat. Za prvé se může přemísťovat v prostoru, tomuto pohybu říkáme pohyb translační. Translační pohyb známe z našeho okolí, například běh či jízda autem. Druhým pohybem, který může molekula vody konat je rotace. Dobře známe například rotaci řetízkového kolotoče kolem své osy, která prochází středem. Stejně tak mohou rotovat i jednotlivé molekuly, v principu kolem tří os, které obvykle ztotožňujeme s osami souřadnicového kartézského systému. Posledním druhem pohybu jsou vibrace. I vibrace známe z běžného života. Vibrovat může například závaží zavěšené na pružině, které bylo vychýleno ze své rovnovážné polohy, nebo kytarová struna. Vibrace je tedy kmitavý pohyb okolo rovnovážné polohy. Vibrace molekul se dějí jako natahování a smršťování vazeb, nebo jako změna velikosti vazebných úhlů. Výsledná vibrace molekuly jako celku je pak složena z jednotlivých vibrací vazeb v molekule. I tak jednoduchá molekula jako voda (skládá se pouze ze tří atomů) koná velmi složitý vibrační pohyb.
Již ve starém Řecku se učenci zabývali zkoumáním pohybu a jeho vlastnostmi. Zénón z Eleje vyslovil známý paradox pohybu, který přiblížil na závodu Achillea a želvy. Želva je určitě pomalejší než statný Achilles, a proto dostane náskok. Když Achilles doběhne do místa, odkud startovala želva, želvu nepředhoní, ta již bude o malý kousek dál. Achilles opět dobíhá do nového místa, ale želva už je zase o ještě menší kus dál a takto se celý cyklus neustále opakuje. Ať je Achilles seberychlejší, želvu nedohoní. Tímto paradoxem chtěl Zénón poukázat na nemožnost pohybu. Ze zkušenosti víme, že se mýlil. Chybu, které se Zénón dopustil, odhalil další řecký učenec Aristotelés, který správně usoudil, že nekonečná řada (na kterou ve svém paradoxu Zénón naráží) může mít konečný součet. Achilles tedy želvu nakonec dohoní a bude jí moci i předběhnout. Ale proč zde tento příklad uvádíme - v našem okolí pozorujeme pohyby, které se mohou konat o infinitezimálně malou vzdálenost. Také víme, že na každý pohyb je třeba energie (kinetické energie), pro infinitezimální pohyb pak infinitezimální energie. Předchozí řádky nás nepřekvapují, zarážející ovšem může být, že ve světě molekul toto neplatí. Molekuly se mohou pohybovat jen o přesně určené kvanta energie, proto se mechanika (část fyziky zabývající se studiem pohybu) popisující pohyb molekul nazývá kvantová.
Umístíme-li elektricky nabitou částici do elektrostatického pole, začne se tato částice pohybovat. Bude-li touto částicí elektron, pohyb nazveme elektrickým proudem. Elektrický proud proto můžeme chápat jako usměrněný pohyb elektronů. Pohyb vzniká jako interakce náboje elektronu s polem. Vystřelíme-li elektron do magnetického pole, budeme pozorovat zakřivení jeho přímé dráhy letu. K zakřivení dojde v důsledku magnetického pole, které obdobně jako elektrostatické pole interaguje s nábojem elektronu. Na tomto principu jsou založeny staré CRT televizory a úplně stejně pracuje velký urychlovač částic LHC v CERNU.
