Vyhledávání úloh podle oboru

Elektrický obvod znázorněný na obrázku může sloužit jako detektor nestacionárního magnetického pole. Jedná se o devět hran krychle tvořených elektrickým drátem. Elektrický odpor jedné hrany je $R$. Nachází-li se tato konstrukce v nestacionárním homogenním magnetickém poli, které má pro jednoduchost konstantní směr a jeho velikost se mění jen pomalu, tečou na vyznačených místech proudy $I_1$, $I_2$, $I_3$. Určete ze znalosti těchto proudů směr a časovou změnu velikosti magnetického pole v prostoru.

1. Máme PET lahev s vodou, která stojí na rozlehlé rovině. V jaké výšce bychom měli vytvořit v láhvi malý otvor, aby voda dostříkla do nejdále od láhve? Láhev necháme stát na rovině a otvor prochází kolmo stěnou.
2. Kam bychom měli umístit otvor (viz předchozí podúloha), pokud chceme, aby byl dostřik nejdelší po jedné minutě? Předpokládejte, že láhev má konstantní průřez $S$ a otvor má výrazně menší průřez $s$. Pro numerické řešení odhadněte rozumné hodnoty konstant.
3. Jaký může mít baterie maximální výkon na spotřebiči, pokud má elektromotorické napětí $U_e$ a vnitřní odpor $R_i$? Pro jaký odpor spotřebiče to nastane? Respektive pro jakou impedanci to nastane, pokud bude obvod tvořen rezistorem, cívkou a kondenzátorem?
4. Jak nejblíže se k sobě mohou dostat dvě jádra dusíku $14$, která se pohybují se střední kvadratickou rychlostí odpovídající plynu za normálních podmínek?
5. Najděte maximální možnou teplotu, kterou by mohl mít plyn, ve kterém by probíhal děj $p = p_0 e^{-\alpha V}$, kde $\alpha $ je kladná konstanta a $p_0$ je tlak plynu v základním stavu.

1. Jak velký je odpor mezi sousedními vrcholy $n$-dimenzionálního drátěného „čtyřstěnu“? Každá hrana má odpor $R$. Začněte výpočtem pro $n = 1$ (úsečka), $n = 2$ (trojúhelník) a $n = 3$ (čtyřstěn) a následně najděte obecný vztah.
2. Jaké umístění a velikost bude mít zrcadlový elektrický náboj k přímce s homogenní délkovou hustotou náboje $\lambda $, která je umístěna ve vzdálenosti $r > R$ od středu uzemněného dutého nekonečně dlouhého válcového vodiče o poloměru $R$? Válcový vodič a přímka jsou rovnoběžné.
3. Mějme nekonečnou rovinu s plošnou hustotou náboje $\sigma _1$. Té se téměř dotýká kulová slupka s poloměrem $R$ a s plošnou hustotou náboje $\sigma _2$. Jaký musí být vztah mezi uvedenými veličinami, aby v místě, kde jsou k sobě deska se slupkou nejblíže, byla intenzita elektrického pole nulová?

Bonus: Jaká je intenzita gravitačního pole uvnitř a vně planety o poloměru $R$, jejíž hustota záleží pouze na vzdálenosti od středu $r$ podle vztahu $\rho = \rho \_{max} \(1 - \(\frac {r}{R}\)^2\)$?

Uvažujte volnou kapku vody s poloměrem $R$, kterou pomalu nabíjíte elektrickým nábojem. Najděte velikost náboje $Q$ potřebného na to, aby sa kapka rozstříkla.

Matěj má rád levitující věci, a tak si pořídil nekonečnou nevodivou nabitou vodorovnou rovinu s plošnou nábojovou hustotou $\sigma $. Poté nad ní umístil míček o hmotnosti $m$ nabitý nábojem $q$. Spočítejte, pro jaké hodnoty $\sigma $ může míček vůbec nad deskou levitovat. V jaké výšce $h$ se pak může vznášet? Uvažujte konstantní tíhové zrychlení $g$.

Mějme osm bodových nábojů (každý o velikosti $q$) umístěných ve vrcholech krychle. Určete velikost bodového náboje $q_0$, který musíme umístit do středu krychle, aby byly všechny body v rovnováze. Bude rovnováha stabilní?

V homogenním magnetickém poli $\textbf{B}=(0,0,B_{0})$, $B_{0}=5\cdot 10^{-5} \; \mathrm{T}$ obíhají po kružnicích v rovině $xy$ dvě částice, elektron s hmotností $m_{e}=9,\! 1\cdot 10^{-31}\;\mathrm{kg}$ a nábojem $-e=-1,\! 6 \cdot 10^{-19}\; \mathrm{C}$ a alfa částice s hmotností $m_\mathrm{He}=6,\! 6 \cdot 10^{-27}\;\mathrm{kg}$ a nábojem $2e$. Poloměr trajektorie elektronu je $r_{e}=2\;\mathrm{cm}$, poloměr trajektorie alfa částice je $r_\mathrm{He}=200\;\mathrm{m}$. V jednom okamžiku zapneme slabé homogenní elektrické pole $\textbf{E}=(0,0,E_{0})$, $E_{0}=5\cdot 10^{-5}\;\mathrm{V} \cdot \mathrm{m}^{-1}$. Určete, jaké dráhy $s_{e}$ a $s_\mathrm{He}$ urazí každá z částic za čas $t=1\;\mathrm{s}$ od zapnutí elektrického pole. Předpokládejte, že částice jsou dostatečně vzdálené a nevyzařují.

Jak daleko musí být člověk od BTS, aby působení jejího vysílání na mozek bylo srovnatelné s vysíláním mobilu přímo u hlavy? Předpokládejte, že BTS vysílá rovnoměrně do poloprostoru a má vysílací výkon $400\; \mathrm{W}$. Vysílací výkon mobilu je $1\; \mathrm{W}$.

Máme dřevěnou kuličku ve výšce $h=1\;\mathrm{m}$ nad Zemí o poloměru $R_{Z}=6\,378\;\mathrm{km}$ a hmotnosti $M_{Z}=5,\!97\cdot 10^{24}\;\mathrm{kg}$. Kulička má poloměr $r=1\;\mathrm{cm}$ a je ze dřeva o hustotě $ρ=550\;\mathrm{kg}\cdot \mathrm{m}^{-3}$. Předpokládejte, že Země má náboj $Q=5\;\mathrm{C}$. Jaký náboj $q$ by musela mít kulička, aby se mohla vznášet nad Zemí? Jak tento výsledek závisí na výšce $h?$

Bodový korálek o hmotnosti $m$ a s nábojem $q$ se pohybuje v rovné trubce bez tření. Trubka se nachází ve středu mezi dvěma nabitými koulemi, každá s nábojem $Q=-q$. Vzdálenost koulí je 2$a$. Uvažujte elektrostatické působení a najděte frekvenci malých kmitů korálku okolo rovnovážné polohy.

Nápověda: Uvědomte si, že velikost síly se při malých výchylkách mění pouze zanedbatelně.