Interaktivní a modulární Sbírka a správce řešených fyzikálních úloh pro střední a základní školy.
Vše kompletně zdarma
Jak stránka funguje
Úlohy můžete vyhledávat podle témat a filtrovat je podle různých dalších kritérií, jako je např. obtížnost či klíčová slova.
Obtížnost úloh je vyznačena pomocí barevného obdélníčku:
snadné,
střední,
obtížné.
Některé úlohy umožňují zadat a zkontrolovat výsledek přímo zde na stránce.
Úlohy můžete přidávat do Výběru.
V horním menu můžete Výběr otevřít a úlohy v něm libovolně seřadit.
Poté můžete tento seznam úloh zobrazovat různými způsoby, tisknout, nebo poslat odkaz studentům.
Adresa stránky, která zobrazuje seznam úloh, je jednoznačná. Můžete si ji uložit a kdykoli se k ní vrátit.
Když váš seznam úloh zobrazíte v textovém režimu (stránka view), tak stránku půjde dobře vytisknout (Ctrl+P), nebo si můžete označit text a zkopírovat do Wordu.
Pokud máte uživatelský účet, můžete vytvářet a přidávat svoje vlastní úlohy.
a) Vysvětlete pojmy "Inerciální vztažná soustava" a "Neinerciální vztažná soustava".
b) Pokud vás zavřou do vlaku bez oken, který jede dokonale rovnoměrně a přímočaře, jak lze poznat, zda vlak stojí nebo jede, případně jakou rychlostí?
c) Vysvětlete pojem "Galileův princip relativity".
d) Vysvětlete, co si fyzici v 19. století představovali pod pojmem "éter" ve vztahu k elektromagnetickému vlnění.
e) Vysvětlete, co chtěli Michelson a Morley změřit svým experimentem a co zjistili.
Řešení:
a) inerciální soustava je taková, ve které platí 1. Newtonův zákon, čili zákon setrvačnosti. Ten platí v soustavách, které se pohybují rovnoměrně přímočaře. V neinerciálních soustavách (zrychlující či rotující soustavy) je potřeba zavádět "nepravé" síly (jako např. odstředivá síla), abychom vysvětlili pohyb těles.
b) Na základě žádného experimentu nelze poznat, zda vlak jede či stojí.
c) Tento princip říká, že zákony mechaniky jsou stejné ve všech inerciálních vztažných soustavách. Žádným mechanickým experimentem nelze odlišit stav klidu od stavu rovnoměrného přímočarého pohybu.
d) Fyzici se domnívali, že každé vlnění potřebuje ke svému šíření látkové prostředí (jako zvuk potřebuje vzduch). Éter byla hypotetická, nesmírně tuhá a zároveň průhledná látka, která měla vyplňovat celý vesmír a sloužit jako médium pro šíření světla (elektromagnetického vlnění). Světlo by se pak šířilo určitou rychlostí vůči éteru, ale pozorovatel pohybující se vůči éteru by už rychlost světla naměřil jinou.
e) Cílem Michelsonova-Morleyho experimentu bylo změřit rychlost pohybu Země vzhledem k nehybnému éteru. Očekávalo se, že rychlost světla měřená přístrojem se bude lišit v závislosti na tom, zda se měří ve směru pohybu Země nebo kolmo na něj. Experiment byl "úspěšným selháním". Nezjistil žádný rozdíl v rychlosti světla (výsledek byl nulový). Tím byla vyvrácena existence éteru a potvrzeno, že rychlost světla je ve všech směrech stejná, což se stalo jedním ze základních pilířů Einsteinovy speciální teorie relativity.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 483; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid1 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 1/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Základy STR ♡ 0 (Uloha), #482,
Marek Scholz (admin), kat. pos:2/9,
a) Vyslovte a vysvětlete dva základní postuláty speciální teorie relativity
b) Pomocí myšlenkového experimentu vysvětlete jev Relativity současnosti a jak vyplývá z postulátů STR, doplňte obrázkem.
Princip relativity: Ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné fyzikální zákony. To platí nejen pro mechaniku (jako u Galilea), ale i pro elektromagnetismus a optiku. Žádným pokusem provedeným uvnitř soustavy nelze zjistit, zda se soustava pohybuje rovnoměrně přímočaře, nebo je v klidu.
Princip konstantní rychlosti světla: Rychlost světla ve vakuu je ve všech inerciálních soustavách stejná, nezávisle na pohybu zdroje nebo pozorovatele. Ve vakuu se světlo šíří rychlostí přibližně $c = 300 000 \jed{ km/s}$.
b) Relativita současnosti: Tento jev říká, že dvě události, které jsou pro jednoho pozorovatele současné, nemusí být současné pro jiného pozorovatele, který se vůči prvnímu pohybuje. Tradičně se demonstruje pomocí myšlenkového experimentu. Bob jede ve vlaku a Alice stojí vedle kolejí na zemi. Přesně uprostřed jedoucího vagonu je žárovka. Bob blikne žárovkou a světlo letí do obou stran. Z pohledu Boba dorazí světlo k přední i zadní stěně vagonu současně. Z pohledu Alice zvenčí však přední stěna vagonu jakoby ujíždí před světlem, zatímco zadní stěna jde proti světlu. Z jejího pohledu tedy světlo dorazí nejdříve na zadní stěnu a pak až na přední. Z pohledu Alice tedy události dopadu světla na stěnu nenastaly současně.
K nárazu na levou stěnu dojde dříve, než k nárazu na pravou stěnu, takže v momentě levého nárazu bude vagon méně posunutý doprava, než v momentě pravého nárazu. Obrázek vyvolává dojem, že posun vagonu je v momentě levého a pravého nárazu stejný, tedy obrázek jakoby vyvolával dojem, že přeci jen došlo k nárazům z pohledu Alice současně, což se nestalo.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 487; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 2/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Čas dopadu fotonu ve vagonu ♡ 0 (Uloha), #189,
Marek Scholz (admin), kat. pos:3/9,
Vlak jede rychlostí 0,9 c. Výška vagonu budiž 3 m. V určitou chvíli z podlahy vyletí foton, odrazí se od stropu a pak zase bouchne do podlahy. Jak dlouhou dobu mezi vypuštěním a dopadem fotonu naměří
a) člověk uvnitř vlaku
b) člověk na nádraží?
nsns
Výsledek:
×
20 ns
×
51 ns
Řešení:
a) Celková délka trajektorie fotonu vůči vagonu je 6 m a při rychlosti světla ji foton proletí za
$t = s/c = 20\jed{ns}$.
b) Délka trajektorie vůči pozorovateli na nádraží je ale delší. Z jeho pohledu je čas průletu větší faktorem gamma, jehož hodnota je
$\gamma = 1/\sqrt{1-v^2/c^2} = \sqrt{1/(1-0{,}9^2} \approx 2{,}3$.
Tudíž časový interval mezi vypuštěním a dopadem bude v "nádražní soustavě" delší
$t' = t \cdot \gamma \approx 51\,\mathrm{ns}$.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 189; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 3/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Dráha mionu ♡ 0 (Uloha), #187,
Marek Scholz (admin), kat. pos:3/9,
Nestabilní částice mion vzniká dopadem kosmického záření do vrchních vrstev atmosféry (ve výšce ~ 10 km). Vzniklé miony mohou mít rychlost blízkou rychlosti světla a některé dorazí až na povrch země, kde jsou detekovány. Klidová doba života mionu je 2,2 μs. Pokud by neplatila teorie relativity, tak i kdyby mion letěl přímo rychlostí světla, tak by uletěl dráhu jen s = ct = 660 m a nemohl by dopadnou na povrch země. Pokud však uvažujeme dilataci času, jakou vzdálenost mion uletí než se rozpadne, pokud se vůči zemi pohybuje rychlostí 0,998 c?
Uvažujte $c=3\times10^8$ m/s.
m
Výsledek: 10415 m
Řešení:
Klidová doba života v soustavě spojené s letícím mionem je 2,2 us.
Doba života mionu pozorovaná v soustavě spojené se Zemí bude však výrazně delší, protože pozorovateli na zemi se zdá, že v mionu běží hodiny pomaleji, než by měli.
Doba života v soustavě spojené se zemí tak bude dilatovaná, prodložená gamma faktorem:
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 187; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 3/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Zestárnutí v kosmické lodi ♡ 0 (Uloha), #188,
Marek Scholz (admin), kat. pos:3/9,
Helmut Nebechodič byl vyslán kosmickou lodí do dalekého vesmíru a letí rychlostí 0,8 c. K naši nejbližší hvězdné soustavě Alfa Centauri je vzdálenost 4,2 světelných roků.
a) Jak dlouho bude cesta trvat z hlediska pozemského pozorovatele?
b) O kolik zestárne Helmut?
c) Jak si Helmut vysvětlí, že za tuto dobu doletěl k Alfa Centauri?
(Předpokládejme, že nás zajímá úsek cesty, kde není žádné zrychlení, tedy můžeme aplikovat speciální teorii relativity)
rokůroků
Výsledek:
×
5,25 roků
×
3,15 roků
Řešení:
a) Pro pozemského pozorovatele cesta trvá
$t = s/v = 4{,}2 c\cdot\text{year} / 0{,}8 c = 5{,}25\,\text{year}$.
b) Z hlediska pozemského pozorovatele Helmutovi běží čas pomaleji a uběhne mu méně času:
$t_H = t/\gamma = 3{,}15$ roku.
c*) Helmut ví, že jeho rychlost je 0,8 c a musí nějak rozumně zdůvodnit, proč mu tak daleká cesta trvá kratší dobu. A hle - hvězdy a okolní prostor se vůči Helmutově lodi pohybují a tedy vše venku podléhá kontrakci délek. Z pohledu Helmuta je tedy vzdálenost mezi venkovními objekty a hvězdami menší a tím si vysvětlí, že cesta trvá kratší dobu.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 188; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 3/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Průběh funkce gamma ♡ 0 (Uloha), #195,
Marek Scholz (admin), kat. pos:3/9,
Mějme funkci $\gamma(v) = 1/\sqrt{1-v^2/c^2}$, kde $c$ je konstanta a $v$ je proměnná. Vyšetřete definiční obor, obor hodnot, minimum, maximum, ... a načrtněte průběh funkce. Pokud by vás mátly veličiny $v$ a $c$, tak nejdříve vyšetřete funkci $\gamma(x) = 1/\sqrt{1-x^2}$.
Řešení:
Definiční obor je $v \in (-c,c)$, případně $x \in (-1{,}1)$.
Obor hodnot je $\gamma(v) \in \langle 1,\infty)$.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 195; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 3/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Vyjádření z gamma ♡ 0 (Uloha), #481,
Marek Scholz (admin), kat. pos:3/9,
Mějme výraz $\gamma = 1/\sqrt{1-x^2}$. Vyjádřete z něj $x$.
Řešení:
$\gamma = 1/\sqrt{1-x^2}$
$\gamma^2 = 1/(1-x^2)$
$\gamma^2 (1-x^2) = 1$
$\gamma^2 - \gamma^2 x^2 = 1$
$\gamma^2 x^2 = \gamma^2 - 1$
$x^2 = (\gamma^2 - 1)/\gamma^2$
$$x = \sqrt{\frac{\gamma^2 - 1}{\gamma^2}}$$
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 481; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 3/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Délka segmentu z pohledu protonu ♡ 0 (Uloha), #191,
Marek Scholz (admin), kat. pos:4/9,
Proton prolétá urychlovačem rychlostí, která je pouze o 2% menší než rychlost světla. Jeden segment trubice urychlovače má v soustavě spojené se zemí délku 10 m a výšku 1 m. Jaké rozměry segmentu by naměřil major Zeman sedící obkročmo na protonu?
a) Výšku segmentu
b) Délku segmentu
mm
Výsledek:
×
1 m
×
1,99 m
Řešení:
Výška segmentu z pohledu protonu zůstává stejná. Délka segmentu se zkrátí gamma faktorem
$\gamma = \sqrt{1/(1-0{,}98^2)} = 5{,}03$.
Čili zkrácení - kontrakce délky - bude asi pětinásobné.
Délka segmentu z pohledu protonu bude 10 m / 5.03 = 1,99 m.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 191; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid3 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 4/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Jakou rychlostí by musel letět Airbus A320, aby se z pohledu ze Země zkrátil na polovinu? Vyjádřete v procentech rychlosti světla.
%
Výsledek: 86,6 %
Řešení:
Délka Airbusu má být kontrahována faktorem 2. Čili gamma faktor má mít hodnotu 2:
$\gamma = \sqrt{1/(1-v^2/c^2)} = 2$
Označme $x = v/c$. Řešíme rovnici
$\gamma = \sqrt{1/(1-x^2)}$
Tedy
$1-x^2 = 1/\gamma^2$
a dále
$x = \sqrt{1-1/\gamma^2}$
Číselně
$x = \sqrt{1-1/2^2} = \sqrt{3/4} = 0{,}866$
Čili rychlost Airbusu by musela být 0,866 c.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 192; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid3 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 4/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Alice a Bob jsou manželé, oba narození náhodou ve stejný den, takže jsou stejně staří. Jednoho dne Alice vyletí doručit balíček na Alfa Centauri ve vzdálenosti 4,2 ly rychlostí 0,9 c. Jen tam balíček vyhodí z okna a hned se vrací na Zemi. Z pohledu Boba letící Alici plyne čas pomaleji, takže se těší, že až se Alice po několika letech vrátí, tak bude Alice mladší než on, protože ji uplynulo méně času. Alice uvažuje podobně: Z jejího pohledu se pohybuje Bob velkou rychlostí směrem od ní a z jejího pohledu mu plyne čas pomaleji, takže zase ona se těší, že až se vrátí, tak Bob bude výrazně mladší než ona. Až se skutečně setkají, kdo bude biologicky starší? Je někde ve výše sepsané úvaze chyba?
Řešení:
Aby se Alice mohla vrátit zpět na Zemi a setkat se s Bobem a tváří v tvář porovnat své stáří, tak musí u Alfa Centauri změnit směr na opačný. S tím je spojeno velké brždění a následné urychlení, nebo zatáčení s velkým dostředivým zrychlením. Alice tedy není v interciální vztažné soustavě a proto přestávají platit naše úvahy založené na speciální teorii relativity v inerciálních soustavách. Když Alice zažívá zrychlení (nebo pokud by byla vystavena silnější gravitaci), tak ji čas bude plynout pomaleji než Bobovi. Tedy až se setkají, tak Alice bude skutečně mladší než Bob.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 484; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid3 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 4/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Zaklínač vyříznul z ostrého plechu rovnoramenný trojúhelník s vrcholovým úhlem 30°. Jakou rychlostí by ho musel vrhnout nejostřejší špičkou napřed, aby se trojúhelník nehybně stojící Jenefer jevil jako rovnostranný?
Dochází k relativistické kontrakci délek ve směru pohybu. Zkracuje se pouze výška trojúhelníku (směr letu), základna zůstává stejná. Aby se trojúhelník jevil rovnostranný, musí se poměr výšky a strany změnit kontrakcí.
Výška rovnoramenného trojúhelníku:
$h=l\cos\frac{\alpha}{2}=l\cos 15^\circ$
Polovina základny:
$\frac{b}{2}=l\sin 15^\circ$
Po kontrakci:
$h'=h\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}$
Pro rovnostranný trojúhelník musí platit
$h'=\frac{\sqrt{3}}{2}b$
Výsledek: Trojúhelník by musel letět rychlostí skoro 0,886 c.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 196; Poslední aktualizace: 2026-04-22 09:34:46 Tags: yt-str-vid3 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 4/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Relativistické skládání rychlostí ♡ 0 (Uloha), #193,
Marek Scholz (admin), kat. pos:5/9,
Představme si situaci, že po kolejích vede vagon rychlostí $u$ = 60 km/h a já běžím po střeše vagonu rychlostí $v$ = 20 km/h (vůči střeše). Pak moje rychlosti pohybu vůči zemi bude $v' = u + v$ = 80 km/h. Co když by ale vagon jel rychlostí třeba 0,8 c a já jsem po střeše běžel rychlostí 0,6 c? Pak by součet dal 1,4 c, což je větší než rychlost světla a to je podle speciální teorie relativity nemožné. Jak se tedy správně mají sčítat rychlosti? Podle teorie relativity je správný vztah
$v' = (u+v)/(1 + uv/c^2)$.
a) Určete rychlost běžce vůči zemi pro hodnoty 0,8 c a 0,6 c.
b) Určete rychlost běžce vůči zemi, pokud se vagon i běžec pohybují rychlostí c.
c) Uvažujme obecnou rychlost běžce v. Zjednodušte vztah pro v' pro případ, že vagon jede rychlostí c.
d) Aproximujte vztah pro v' v případě, že $u,v \ll c$.
Řešení:
a) Dosadíme jednoduše do uvedeného vztahu a dostaneme:
$v' = (u+v)/(1 + uv/c^2) = (0{,}6 + 0{,}8)/(1 + 0{,}6\cdot0{,}8) = 1{,}4/1{,}48 = 0{,}946$
čili rychlost běžce vůči zemi je 0,946 c.
d) Pro malé rychlosti $u,v \ll c$ bude podíl $uv/c^2$ velice malé číslo a skládání rychlostí bude opět fungovat tak, jak jsme zvyklý:
$v' \approx u + v$.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 193; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: yt-str-vid3 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 5/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Fat man ♡ 0 (Uloha), #201,
Marek Scholz (admin), kat. pos:6/9,
"Fat man" byla jaderná puma svržená na konci druhé světové války na japonské město Nagasaki s příšerným ničivým účinkem. Na wikipedii se dočteme, že obsahoval 6,2 kg štěpného plutonia a uvolnil energii ekvivalentní 21 kilotun TNT, neboli 88 terajoulů energie. Určete, kolikanásobně větší ničivý účinek by měla puma založená na anihilaci vody o objemu špičky prstu (1 cm3) s antivodou.
-krát
Výsledek: 2,0--2,1 -krát
Řešení:
Energie Fatmana byla
$E_F = 88\jed{TJ} = 88 \times 10^12 \jed{J}$.
Anihilace 1cm3 vody s anitivodou povede k úplně přeměně 2 gramů látky na energii podle vztahu
$E = mc^2 = 2\times10^{-3} \cdot (3\times10^8)^2 = 1{,}8 \times 10^14 \jed{J} = 180\jed{TJ}.
Tedy poměr $E/E_F = 2,045$.
Čili anihilace by uvolnila zhruba dvojnásobné množství energie
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 201; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: t-str-mc2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 6/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Pozitronová emisní tomografie je významná diagnostická technika např. při rakovině. Beta+ radioaktivní zářič v místě nádoru produkuje pozitrony, které téměř okamžitě anihilují s nějakým elektronem. Při anihilaci vzniknou 2 fotony. Hmota se přemění na čistou energii záření.
Jakou vlnovou délku mají tyto vzniklé fotony?
Výsledek uveďte v pikometrech, počítejte s klidovou hmotnosti elektronu $9,11\times10^{-31}$ kg.
Pro výpočet vlnové délky fotonu můžete použít vztah $E_f = hc/\lambda$, kde $h$ je Planckova konstanta (najděte si).
pm
Výsledek: 2,43 pm
Řešení:
Rozvaha:
Při anihilaci elektronu a pozitronu vzniknou 2 fotony, každý nese energii odpovídající klidové energii elektronu:
$E=m_ec^2$.
Pro foton platí $E=hc/\lambda$.
Známé veličiny:
$m_e=9{,}11\cdot10^{-31}\,\mathrm{kg}$
$c=3{,}0\cdot10^8\,\mathrm{m\,s^{-1}}$
$h=6{,}63\cdot10^{-34}\,\mathrm{J\,s}$
Výsledek:
Vlnová délka vzniklých fotonů je přibližně
$\lambda\approx 2{,}43\cdot10^{-12}\,\mathrm{m}$, čili asi 2,43 pikometru. To je velice krátká vlnová délka, čili vysokoenergetický ionizující foton.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 197; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: t-str-mc2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 6/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Temelín na antihmotu ♡ 0 (Uloha), #198,
Marek Scholz (admin), kat. pos:6/9,
Elektrický výkon jaderné elektrárny Temelín je 2 GWe. Představte si, že by místo štěpení uranu používali k ohřevu vody pro turbínu proces anihilace hmoty s antihmotou. Jakou hmotnost antihmoty by “spálili” za jeden rok? Předpokládejte tepelnou účinnost 35%.
kg
Výsledek: 0,95--1,05 kg
Řešení:
Rozvaha:
Elektrický výkon je jen část celkového tepelného výkonu. Nejprve určíme potřebný tepelný výkon, potom energii za rok a z ní pomocí vztahu $E=mc^2$ hmotnost anihilované antihmoty. Při anihilaci stejné množství energie dodá stejná hmotnost hmoty i antihmoty, proto hledaná hmotnost antihmoty bude polovina celkové anihilované hmotnosti.
Známé veličiny:
$P_e=2\,\mathrm{GW}=2\cdot10^9\,\mathrm{W}$
$\eta=0{,}35$
$t=1\,\mathrm{rok}=365\cdot24\cdot3600=3{,}1536\cdot10^7\,\mathrm{s}$
$c=3{,}0\cdot10^8\,\mathrm{m\,s^{-1}}$
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 198; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: t-str-mc2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 6/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Relativita v urychlovači ♡ 0 (Uloha), #199,
Marek Scholz (admin), kat. pos:6/9,
Urychlovač LHC (Large Hadron Collider) sestává z tunelu ve tvaru kružnice o obvodu 27 km a urychluje protony na energii 6,5 TeV (celková energie). Klidová hmotnost protonu je 938,3 MeV/c2.
a) Jaký gamma faktor mají tyto protony?
b) Je tomu odpovídající rychlost větší nebo menší než 0,999 c?
c) Kolikrát větší bude relativistická hmotnost protonu než klidová?
d) Jak dlouho trvá oběhnutí protonu tunelem pro pozorovatele v laboratoři?
e) Jak dlouho trvá jeden oběh z pohledu majora Zemana sedícího obkročmo na protonu?
-krát $\jed{\mu s}$ns
Nápověda:
Celková energie protonu je dána vztahem $E = mc^2 = \gamma m_0 c^2 = E_k + m_0c^2$, kde $m_0$ je klidová hmotnost a $m$ je relativistická hmotnost.
Výsledek:
×
6927
×
ano
×
6927 -krát
×
90 $\jed{\mu s}$
×
13 ns
Řešení:
Rozvaha:
Použijeme vztahy speciální relativity.
Celková energie protonu je dána vztahem
$E = mc^2 = \gamma m_0 c^2 = E_k + m_0c^2$,
kde $m_0$ je klidová hmotnost a $m$ je relativistická hmotnost, přičemž
$\gamma=1/\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}$,
Čas měřený v soustavě spojené s protonem bude dilatací kratší:
$t'=\frac{t}{\gamma}$.
Známé veličiny:
$L=27\,\mathrm{km}=2{,}7\cdot 10^4\,\mathrm{m}$
$E=6{,}5\,\mathrm{TeV}=6{,}5\cdot 10^6\,\mathrm{MeV}$
$E_0=m_0c^2=938{,}3\,\mathrm{MeV}$
Výpočet:
a) Gamma faktor:
$\gamma\approx \frac{E}{E_0}=\frac{6{,}5\cdot 10^6}{938{,}3}\approx 6927$
b) Rychlost:
$\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$
e) Doba z pohledu pozorovatele na protonu:
$t'=\frac{t}{\gamma}\approx \frac{9{,}0\cdot 10^{-5}}{6927}\approx 1{,}3\cdot 10^{-8}\,\mathrm{s}$
$t'\approx 13\,\mathrm{ns}$
Výsledek:
a) $\gamma\approx 6{,}93\cdot 10^3$
b) $v\approx 0{,}9999999896\,c\approx 3{,}0\cdot 10^8\,\mathrm{m\,s^{-1}}$
c) Větší faktorem 6927, tedy $m\approx 1{,}16\cdot 10^{-23}\,\mathrm{kg}$
d) V laboratoři trvá jeden oběh přibližně $90\,\mu\mathrm{s}$
e) Pro proton trvá jeden oběh přibližně $13\,\mathrm{ns}$
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 199; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: t-str-mc2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 6/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Hmotnostní úbytek při štěpení ♡ 0 (Uloha), #200,
Marek Scholz (admin), kat. pos:6/9,
Při štěpení jednoho jádra uranu 235 vznikají fragmenty jako např baryum, krypton a neutrony, přičemž se uvolní vazebná energie o velikosti zhruba 200 MeV a přemění se v kinetickou energii štěpných produktů. Z 1 kg rozštěpených jader se tak uvolní asi 82 TJ energie. Tyto štěpné produkty svou kinetickou energii předávají okolí, čímž se kinetická energie mění v tepelnou. O kolik procent původní hmotnosti přijde jaderné palivo při procesu štěpení? (Předpokládáme zde, že žádná hmota neunikla pryč)
Uveďte s přesností na dvě platné číslice.
%
Nápověda:
Využijte vztah $E = mc^2$ pro výpočet celkové energie 1 kg paliva.
Výsledek: 0,091 %
Řešení:
Využijeme údaj, že rozštěpením 1 kg uranu se uvolní $E_s = 82\jed{TJ} = 8{,}2\times10^13\jed{J}$ energie.
Celková klidová energie 1 kg hmoty je (počítáno v základních jednotkách)
$E = mc^2 = 1 \cdot (3\times10^8)^2 = 9\times10^{16}\jed{J}$
Čili klidová hmotnost produktů reakce bude nižší o
$E_s/E = 8{,}2\times10^{13} / 9\times10^{16} = 0{,}91\times10^{-3} = 0{,}091\%$
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 200; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: t-str-mc2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 6/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Doplňující otázky STR ♡ 0 (Uloha), #485,
Marek Scholz (admin), kat. pos:7/9,
a) Jaká je klidová hmotnost fotonu?
b) Jakou klidovou hmotnost má neutrino, záhadná částice, která velice snadno proniká hmotou?
c) Jaká veličina je vyjádřena jednotkou MeV/c2?
Řešení:
a) Klidová hmotnost fotonu je nulová. Foton se tak může pohybovat právě maximální rychlostí, čili rychlostí světla.
b) Dlouho se nevědělo, zda neutrino má či nemá nulovou hmotnost. Moderní experimenty ukázaly, že hmotnost neutrina je extrémně malá, ale nenulová. Tento závět byl učiněn mimo jiné na základě pozorování, že nutrino se během letu může změnit na jiný typ neutrina (oscilace neutrin), čili neutrino se vyvíjí a musí zažívat čas. Kdyby se pohybovalo rychlostí světla jako foton, tak by pro neutrino panovalo "bezčasí".
c) Částicový fyzikové používají jednotku MeV/c2 pro určení hmotnosti (klidové hmotnosti) částic. MeV (Megaelektronvolt) je jednotkou energie. Tu když vydělíme $c^2$, tak dostaneme hmotnost (podle vztahu $E = mc^2$)
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 485; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: t-str-mc2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 7/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):
Vztah hybnost-energie ♡ 0 (Uloha), #486,
Marek Scholz (admin), kat. pos:7/9,
Jedním z klíčových vztahů teorie relativity je vztah mezi celkovou energií a hybností:
$E^2 = p^2c^2 + m_0^2c^4$.
a) Vyjádřete hybnost fotonu na základě jeho celkové energie.
b) Dále uvažte, že energie fotonu je také dána vztahem E = hf, tedy násobek Planckovy konstanty a frekvence. Na základě něj vyjádřete hybnost fotonu pomocí jeho vlnové délky.
Řešení:
a) Foton má nulovou klidovou hmotnost $m_0$ a vztah energie-hybnost se tak redukuje na $E = pc$, čili pro foton máme $p = E/c$.
b) Jelikož $E = hf$, tak lze psát $p = E/c = hf/c = h/\lambda = p$.
Autor: Marek Scholz (admin) ID: 486; Poslední aktualizace: 2026-04-22 12:44:36 Tags: t-str-mc2 Link na kategorii;Pozice v kategorii: 7/9;
Zdroj či inspirace úlohy: Zdroj obrázku (Zadání): Zdroj obrázku (Další text): Zdroj obrázku (Řešení):