Svar:
Nej, resonemanget i fråga [869] är korrekt och, tycker jag, tydligt. Du antar att luftmotståndet kan försummas. Det är tvärtom så att luftmotståndet är den dominerande bromsande kraften vid hög hastighet (se länk 1, s 350). Du kan se det vid en störloppstävling. Om en åkare har dålig balans måste hon/han resa sig lite för att återfå balansen. Man ser tydligt på mellantiderna att den sämre aerodynamiken medför att farten minskar.

Det är klart att skidåkarens vikt bara är en parameter som bestämmer resultatet. God teknik och styrka att hålla emot g-krafter (se fråga [15970]) är självklart mycket viktiga -- Lindsey Vonn är relativt stor för en tjej (75 kg, 178 cm lång) men det är säkert den utmärkta tekniken som gör henne så överlägsen! Intressant är också att Anja Pärsson föredragit att vara lättare, med det var för att bli bättre i slalom, se länk 2.

Här är ett annorlunda resonemang som leder till samma slutsats:

Om vi antar att den dominerande bromsande kraften är luftmotståndet kan man härleda ett uttryck för sluthastigheten enligt nedanstående bild från fråga [15385].

Om vi stryker alla konstanter och låter ~ betyda proportionellt mot, så får vi sluthastigheten

V_t ~ sqrt(m/A) ~ sqrt(r³/r²) = sqrt(r)

I termer av massan m får vi eftersom m ~ r³:

V_t ~ sqrt(r) ~ (m^1/3)^1/2 = m^1/6

Sluthastigheten ökar alltså som sjätte roten ur massan.

Se även fråga [18144].

/Peter E 2015-12-08

Svar:
Hej Petri! Jag håller i stort med om kunskapsmålen och tycker det låter som att du uppfattat dem mycket bra.

För det första är jag allergisk mot begreppet förklara när det gäller fysikens lagar. Förklara är för mig svar på frågan varför?. I djupare mening vet vi inte varför naturlagarna är som de är, se fråga [12126].

Fysik är en empirisk vetenskap som i grunden bygger på observationer och experiment, se fråga [14232]. Fysiken använder matematik som ett verktyg, men fysik är inte matematik. Ofta utgår man från ett antagande och detta antagande kan sedan få stöd genom direkta eller indirekta observationer. Einstein antog t.ex. att ljushasigheten i vakuum är konstant när han utvecklade sin speciella relativitetsteori, och denna har visat sig stämma mycket väl.

Från Tycho Brahes mycket exakta mätningar av planeten Mars' rörelse (slutet av 1500-talet) kunde Johannes Kepler (i början av 1600-talet) få fram tre lagar för planeternas rörelser. Samtidigt använde Gallileo Gallilei det nyuppfunna teleskopet för att göra astronomiska observationer. Han studerade även, både teoretiskt och experimentellt, kroppars rörelse.

Isaac Newton kunde senare (andra hälften av 1600-talet) "förklara" planeternas rörelser med hjälp av en lag, den universella gravitationslagen och nyutvecklad matematik (differentialkalkyl).

Den ovanstående utgör det centrala i utvecklingen av den moderna vetenskapliga metod som används i naturvetenskapen, se fråga [14237].

En annan viktig aspekt på fysik är att fysikaliska lagar inte är huggna i sten, utan de kan modifieras allteftersom vi gör bättre observationer.

Lagarna kan emellertid inte ändras hur fritt som helst, utan de måste alltid kunna reproducera alla befintliga mätresultat. Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver gravitationen på ett utmärkt sätt, men den är mycket olik Newtons gravitationsteori. Det betyder inte att Newton hade fel, bara att det fanns begränsningar i giltigheten. Man använder t.ex. forfarande Newtons teori för att beräkna banor för rymdsonder.

I fysik använder man sig ofta av förenklade modeller som beskriver ett fysikaliskt fenomen med begränsade förutsättningar, se fråga [18296]. I kärnfysik betraktar man t.ex. ibland atomkärnan som en vätskedroppe och ibland som nukleoner som rör sig fritt i en potential (skalmodell). Modellerna är egentligen helt inkompatibla, men de är ändå av värde eftersom de båda "förklarar" olika egenskaper hos atomkärnor.

Och nu äntligen till din fråga:

Begreppet "förklarar" i texten ovan får man tolka så att man kan beskriva ett fenomen på en djupare nivå. Låt oss ta solens rörelse. Den dagliga rörelsen från öster till väster "förklaras" av att jorden roterar kring sin axel.

Solen rör sig även lite från väster till öster i förhållande till de avlägsna stjärnorna. Detta "förklaras" av att jorden rör sig ett varv runt solen på ett år. För att få ett A måste vi även kunna beskriva att den årliga rörelsen beskrivs av Newtons gravitationslag.

Den "wobblande" rörelsen du talar om uppkommer eftersom två kroppar rör sig i elliptiska banor kring den gemensamma tyngdpunkten. Om mass-skillnaden mellan kropparna är stor ligger den gemensamma tyngdpunkten nära den tyngre kroppens centrum. Detta betyder att den tyngre kroppen rör sig mycket lite.

Ett annat exempel är solsystemets uppbyggnad. Vi kan observera att planeterna alla rör sig åt samma håll och i ett plan. Detta kan "förklaras" genom modellen att solsystemet bildats genom att ett gasmoln dras samman av gravitationen. Bevarande av rörelsemängdsmomentet (se fråga [12527]) ger då upphov till en roterande skiva av gas och stoft. Denna bildar sedan planeterna i ett plan och rörelse åt samma håll.

I fråga [16776] beskrivs solsystemets rörelse i vintergatan och universum.
/Peter E 2016-02-24

Svar:
Det är säkert uppvärmningseffekten som förklarar liknande experiment, se fråga [11883]. Den snabba expansionen hos luften nära där blixten träffar den svarta rutan kan kännas som en stöt.

Varför känns det som en stöt snarare än en värmeeffekt direkt? Detta är fysiologi, och det är vi inte experter på. Vi kan bara spekulera att värmeeffekten är liten och kortvarig så att de temperaturkänsliga sensorerna inte triggas.

Det är emellertid klart att det finns en mekanisk effekt, se fråga [11883]. Denna borde kunna triggas av den snabbt upphettade expanderande luften, det hörs ju ett tydligt knäpp.

Det finns ett antal videos på webben, och det är uppenbart att resultatet varierar för olika position på kroppen. Detta kan förklaras av olika täthet av sensorer som registrerar stötar.

Länk 1 innehåller en video och mer eller mindre korrekta funderingar om orsaken. Länk 2 lite om farligheten. Här är en lärare som gjort en trevlig systematisk undersökning av fenomenet.


/Peter E 2016-11-30

Svar:
För det första är det inte helt lätt att utföra tricket. Det kräver en hel del övning eftersom flaskan måste landa med botten nedåt. I videon nedan finns några lyckade försök - en del så lyckade att man undrar om de inte är fejkade :-).



I länk 1 finns en avancerad förklaring, men jag tror man krånglat till problemet onödigt mycket. Man förklarar inte heller varför flaskan inte studsar som den gör när man släpper den rakt ner.

Jag har gjort lite egna experiment med en 1.5 liters ICA apelsinsaftflaska till en tredjedel fylld med vatten.

Det är helt korrekt att flaskan välter nästan varje gång om man bara släpper den med botten nedåt, trots att tyngdpunkten är ganska låg. Detta beror säkert på att kontakten med underlaget får flaskan och vattnet att samtidigt studsa uppåt - vattnet befinner sig ju hela tiden längst ner i flaskan. En liten avvikelse från vertikalen ger en rotation som får flaskan att välta.

När man i stället kastar flaskan så att den snurrar exakt ett varv innan den landar har en del av vattnet flyttats högre upp i flaskan. Denna landar och försöker studsa uppåt. Innan den hinner någon vart kommer vattnet att kollidera med botten på flaskan, och flaskan trycks tillbaka till underlaget och ställer sig stadigt.
/Peter E 2016-12-07

Svar:
Emma och Melker!
Fysiken bakom golf är mycket komplicerad, men man kan förstå en hel del genom att förenkla problemen. Teorin innehåller ofta fria parametrar som anpassas till mätdata.

I boken The Physics of Golf av Theodore P Jorgensen görs en ganska omfattande analys, men det är inte helt lätt att förstå detaljerna.

Låt oss titta på ert problem som är det enklaste: en central stöt mellan ett klubbhuvud med massan M och en boll med massan m.
Klubbhuvudet har 0 graders loft, så vi har inget spinn. Precis före stöten är klubbhuvudets hastighet V. Efter stöten är klubbhuvudets hastighet u och bollens hastighet är v. Vi antar att stöten är elastisk så att vi inte har några förluster som t.ex. inre friktion pga bollens eller klubbhuvudets deformering. Vid stöten måste vi bevara rörelsemängd och kinetisk energi:

MV = Mu + mv (1)

MV²/2 = Mu²/2 + mv²/2 (2)

Om vi eliminerar u (klubbhuvudets hastighet efter stöten) i (2) med hjälp av (1) får vi för bollens utgånghastighet

v = 2MV/(m+M) = 2V/(m/M + 1) (3)

(I länk 1 finns mer detaljer av härledningen med andra beteckningar.)

Mycket av vad som följer är från kapitel 9 i The Physics of Golf (se ovan).

Om m är mycket mindre än M får vi att v=2V. Detta är alltså den teoretiskt högsta möjliga hastigheten för bollen. Om m=M får vi att v=V (klubbhuvudet är i vila efter stöten). Bollens utgångshastighet är alltså proportionell mot klubbhuvudets hastighet: v = kV. Konstanten k beror av deformationsförluster (se studskoefficient i fråga [20384]) och klubbans loft.

Typiska värden för k är 1.46, 1.30 och 1.12 för driver, järnfemma och järnnia, respektive. Klubbhastigheten för en bra spelare är ungefär 45 m/s vilket ger en bollhastighet med driver av 1.4645=66 m/s. Detta ger en slaglängd på c:a 225 m.

Med ett flexibelt skaft kan man som en hygglig approximation anta att klubbhuvudet vid bollträffen uppför sig som en fri kropp.

Ju större loft en klubba har desto mer spinn får bollen efter träffen. Spinnet ger genom dimplarna och Magnus-effekten en lyftkraft och turbulens som minskar luftmotståndet (se fråga [14113]). Detta gör att bollen flyger längre.

Spinnet kostar emellertid genom att k blir mindre (se ovan). Detta reflekterar faktumet att en del av den överförda energin går till bollens rotationsenergi.

Parentes: Uttrycket v=2V för ett tungt klubbhuvud kan vi få med ett enklare resonemang. Vid en fullständigt elastisk kollision mellan två objekt bevaras den relativa hastigheten. I ovanstående exempel är relativa hastigheten V (klubbhuvudets hastighet). Efter stöten fortsätter klubbhuvudet med hastigheten V och bollen har hastigheten V i förhållande till klubbhuvudet. Bollens hastighet i förhållande till marken är då v=V+V=2V.

Här är fler frågor som behandlar golf: golfboll. Se även länk 2.
/Peter E 2017-01-09

Svar:
En mycket omfattande fråga, men det finns en bra sammanställning på List_of_unsolved_problems_in_physicsAstronomy_and_astrophysics.

Om vi inkluderar kosmologi finns ett antal problem: List_of_unsolved_problems_in_physicsCosmology_and_general_relativity.

Vilka som är de största utmaningarna är upp till var och en. Personligen skulle jag säga att de viktigaste är:

Vad är mörk materia och mörk energi? Se fråga [12396] och [7258].

Hur värms solkoronan upp till 2 miljoner grader? Se fråga [20564].

Förståelsen för hur supernovor exploderar är inte fullständig. Se fråga [9964].

Varför är det en diskrepans mellan förekomsten av ⁷Li från teoretiska räkningar med big bang och mätningar på mycket gamla stjärnor? Se
Big_Bang_nucleosynthesisMeasurements_and_status_of_theory.

Baryonasymmetri. Varför finns det mycket mer materia än antimateria i universum? Se fråga [19209].

Problemet med den kosmologiska konstanten. Varför orsakar vakuumenergin inte en stor kosmologisk konstant? Se fråga [20330].

Det är som synes en lång lista med brister i vår förståelse! Betyder detta att vi egentligen förstår mycket lite av fysiken? Nej absolut inte, det finns mycket mer fysik som är mycket väl förstådd! Se dock fysik, förståelse av.

Här är en ganska omfattande lista på problem som lösts nyligen: List_of_unsolved_problems_in_physicsProblems_solved_in_recent_decades
/Peter E 2017-04-21

Svar:
Jo, fysik är visst en empirisk vetenskap! Utan stöd i experiment och observationer är en teori meningslös. Vi har diskuterat detta i massor av frågor, se t.ex. fråga [20136].

I själva verket är vår förståelse mycket grund -- vi förstår inget om varför fysikens lagar är som de är. Däremot är resultatet av försök oftast mycket väl beskrivna av fysikaliska teorier, se t.ex. fråga [19591], där den mycket respekterade fysikern Richard Feynman lätt irriterad svarar att han egentligen inte begriper magnetisk kraftverkan.

Det var konstiga forskare du konsulterat om dom verkligen menar att de inte bryr sig om empiri. Dels använder de sig av gällande teorier och dels kan dom inte förklara någonting.

Jag tror du missförstått vad de säger. För det första är många lagar så etablerade att vi knappast behöver bekymra oss om resultat av experiment. Om vi släpper en boll från handen faller bollen till marken, det vet vi. Sedan tror jag att forskarna menat att de inte kan svara på frågan varför. Däremot kan vi oftast med fysikaliska teorier beskriva hur mycket väl.

Du säger inte vilka experiment du bett forskare förklara. Har det varit resultat som strider mot en mycket väletablerad lag? I så fall behöver man mycket starka bevis och bevisbördan ligger hos den som påstår avvikelsen. Ett klassiskt exempel är evighetsmaskiner som strider mot de mycket etablerade termodynamikens huvudsatser, se fråga [15733].

Se fråga [14237] för mer om vetenskaplig metod.
/Peter E 2017-05-03

Svar:
Hej Julia!

Kvadraten på armen och en blixt finns utredd i fråga [20427]. Att effekten är verklig är helt klart även om man inte vet exakt vad som händer. Att det har att göra med snabb uppvärmning genom att ljus från blixten absorberas är fullt klart.

Jag tror inte att ballongen påverkas i ditt försök, men det enda säkra är att göra experimentet. Hoppas du kan få tag på en ballong så du kan göra experimentet!

Uppdatering från Julia: "Min mamma köpte hem ballonger och det funkade faktiskt!"

Jag får böja mig för resultatet från ditt experiment! Tack Julia! /Peter

Den högre absorptionsförmågan på det svarta området räcker tydligen för att värma upp ett område på ballongytan tillräckligt för att ballongen skall spricka.
/Peter E 2017-12-21

Svar:
Mpemba-effekten har diskuterats här tidigare, se fråga [7830]. Det finns en hel del data som tyder på att effekten är verklig, men det finns ingen bra förklaring till effekten.

Dina resultat (figuren nedan) ser övertygande ut. Jag hade dock föredragit om du ritat in datapunkterna i stället för linjerna som jag antar är något sorts "bästa anpassning". Man hade då kunna bedöma tillförlitligheten från spridningen i datapunkterna.

Du bör även förklara varför du bortser från nästan hälften av mätvärdena.

Ett annat problem är att du, såvitt jag förstår, inte mätt tills provet börjar frysa utan till det når den normala fryspunkten 0^oC. Detta är inte den urspungliga Mpemba-effekten. Det du mäter är avkylning av vatten, inte vatten som övergår i is.

Det betyder också att flera av de traditionella förklaringarna (som har att göra med frysningsprocessen) faller bort, framför allt underkylning).

Se även Mpemba_effectSuggested_explanations för möjliga förklaringar.

Här är en utmärkt, aktuell sammanfattning av Mpemba-effekten:





___________________________

) Underkylning innebär att en vätskas temperatur sänks under dess smältpunkt utan att den övergår i fast form. Exempelvis kan rent vatten (regndroppar och molndroppar) vara underkylt. När den underkylda vätskan träffar fast material, exempelvis marken, kan den snabbt kristalliseras och ge upphov till nedisning. (Underkylning)

/Peter E 2018-01-17