Článek
Drahý Time,
dnes to bude o proměnách energie na makro škále. Opustíme tvrzení kvantové mechaniky, že hmota je jenom zmrzlá energie, a podíváme se na různé proměny energie v makro světě.
Jak jednou ranou upéct steak
Leckdy se pro zajímavé fyzikální příklady hodí aproximace a zanedbání. Uznávám, že tohle je tak trochu příklad o kulově souměrném koni ve vakuu, ale nech mne pokračovat. Jak jistě víš a jak jsme si na příkladu brzd u auta objasnili, kinetická energie se neztratí, ale má tendenci se měnit na teplo. Proto je možné kinetickou energii švihu paličkou na maso proměnit na teplo v cílovém steaku.
Tento steak ale musí něco vydržet. Zřejmě nebude z brazilského býka, odchovaného na širých pampách. Potřebuješ pěkně tuhého buvola, nejspíše toho, se kterým malý Kim-Ir-Sen obdělával v rodné vísce rýžové pole, než se stal prvním mezi soudruhy. Steak z takového stoletého býka se dá použít jako přídavné plátování na tankovém pancíři, nicméně pro naše účely se hodí. Pojďme si spočítat, jak silně musíš praštit.
Steak má hmotnost ms=250 g, palička pak půl kila. Měrná tepelná kapacita masa je přibližně c ≈ 3 500 J·kg⁻¹·K⁻¹.
Teplo na ohřev je potom
Q = ms · c · ΔT,
budeme ho chtít ohřát z pokojové teploty na 100˚C, takže ΔT bude 80K. Výpočet je:
Q= 0.25*3500*80 = 70 000 J, tedy 70 kJ
Energie paličky je:
Ek = ½ · mk · v²
Když budeme počítat s tím, že rána paličkou steak nedeformuje, jako se to běžně stává, ale pro naše případy je to silný severokorejský býk, že se palička neodrazí a ani nezničí prkénko pod masem, ale že se všechna kinetická energie změní v teplo, potom bude platit:
v2 = (2.mk.Q) = 280 000, pak v = 529 m.s-1 ,
takže 1.54 Mach, nebo jeden a půl rychlosti zvuku. Ve skutečnosti, pokud použiješ normální steak a lidsky možné rychlosti švihu ohřeješ každou ranou maso asi o 0.0001 K.
Doufám, že jsem neztratil Tvoji pozornost, protože teď se mrkneme na praktické využití v technice, kdy měníme kinetickou rychlost na jiné formy energie.
Projekt Thor
Házet na lidi věci z výšky s úmyslem jim ublížit je patrně stejně stará, jako první válka. Ale až vynález letadla to povznesl na vyšší úroveň. Za začátek lze považovat shazování ocelových šipek do zákopů První světové války. Později, v Korejské a Vietnamské válce shazovali Američané na nepřátele bomby typu Líný pes, v originále Lazy dog. Je to levné, tiché a smrtící, ale spíše na efekt, než na faktický účinek.
Na nový level to měl povznést projekt Thor. To měl být orbitální nosič plný telegrafních sloupů z wolframu. Taková 6 metrů dlouhá a 30 cm široká šipka o váze 10 tun byla určena na ničení bunkrů. Jenom si připomeňme - na orbitu to sviští 8 km.s-1, cestou dolů se část rychlosti ztratí třením o atmosféru, část hmotnosti tyče se vypaří, ale pořád se počítá s tím, že to účinek jako 11 tun TNT. Mělo by to i pár výhod, jenom velice těžko by se šlo bránit, jak se říká, přiletělo by to z čistého nebe. Díky kinetické energii soustředěné do hrotu šipky by to mělo prorazit i desítky metrů železo betonu. Ale jsou tu i nevýhody. Především jsou to všechna vejce v jednom košíku, zásah na orbitě by snadno vyřadil velmi drahou zbraň a následné dopady neřízených šipek by napáchaly škodu všude možně po světě. Tyče jsou z wolframu, výbuch by zničil jejich nosič a potom by se bezprizorně potulovaly po oběžné dráze, než by spadly dolů. A samozřejmě cena, i když poslední dobou doprava na LEO hodně zlevnila, pořád to moc nevychází.
Celkově se o projektu mluvilo už od doby prvních letů do vesmíru, později to bylo součástí Strategické obranné iniciativy za dob Reaganovy administrativy, v roce 2003 se to opět studovalo, ale nakonec se to celé odložilo ad acta. Místo toho je tu GBU-57 MOP, Massive Ordnance Penetrator, bomba, která se velice osvědčila při likvidaci Íránského jaderného programu.
Orešnik
Ruská raketa z hloubi studené války, nedávno použitá na Ukrajině. I zde jde o použití kinetické energie k úderu. Raketa sama má šest samostatně manévrujících hlavic, původně to měly být jaderné bomby, ale Orešnik má sloužit jako poslední prostředek deeskalace. Tedy udeřit kinetickými projektily jako varování, než udeří atomem. Spíše než skutečné škody se opět jedná o psychologický efekt, ukázat, že před touto raketou není obrany a že jste protivníku vydání na milost či nemilost.
I když se Rusové chlubí pokročilou technikou, rozbor trosek ukázal elektroniku z dob Gagarina. Také konstrukce není nová, v podstatě je to modifikace rakety RS-26 Ruběž. Orešnik je jednoznačným porušením smlouvy o omezení raket středního doletu mezi USA a dříve SSSR, dnes Ruska. Zatím není zaznamenána nějaká větší škoda, kterou by bránící se Ukrajině tyhle rakety způsobily, uvidíme, kdy je Patrioty sundají …
Na výše uvedených příkladech vidíš, jak by se dalo využít nebo zneužít proměny energie. Je jedno, jestli ji dodají lidské svaly, nebo gravitace. Ale nechci skončit smutně, našel jsem opravdu mazané využití gravitace pro odsolování mořské vody. Pro odsolování mořské vody se využívá reverzní osmóza, která potřebuje pro svoji práci vysoký tlak. Ten potom žene slanou vodu přes membránu, kde se zachytí sůl a další nečistoty. Firmu Ocean Well napadlo ušetřit a využít gravitaci, resp. hydrostatický tak způsobený vahou mořské vody. Takových 400 metrů pod hladinou už na vstupu do osmózy nepotřebujete tlakové čerpadlo, vystačíte si s tlakem okolní vody. Tím se dá ušetřit podstatná část energie pro výrobu pitné vody. To dnes ocení třeba v Izraeli a vůbec na Blízkém a Středním východě, kde je pitné vody málo.
