Nie je jednotka ako jednotka

Minulý mesiac sme začali rozprávanie o fyzikálnych jednotkách. Keďže miesta bolo málo a zaujímavých jednotiek veľa, tento mesiac v ňom budeme pokračovať.

Hovorili sme o jednotke výkonu. Jeden watt je výkon, ktorý do systému dodá za jednu sekundu energiu jeden joule. To znamená, že 10-kilogramové závažie zdvihne za sekundu o približne 10 centimetrov. Na praktické účely je to relatívne malá jednotka, čo riešia potom jej násobky ako kilowatt.

Konská sila

No už ste asi počuli o inej jednotke výkonu, o konskej sile. V slovenčine je to nešťastný názov, pretože nejde o jednotku sily. V angličtine sa nazýva viacvýznamovým slovom pre túto fyzikálnu veličinu – horse power (pojem power je vo význame výkon, nie sila). Nikoho neprekvapí, že ide o výkon, ktorým dokáže dlhodobo pracovať priemerný kôň, asi 740 wattov. Zaviedla sa v 18. storočí, keď ľudia začali konštruovať prvé parné stroje a potrebovali v niečom merať a k niečomu prirovnať ich výkon. Keďže vtedy ešte jednotky SI (skratka pre Medzinárodnú sústavu jednotiek) neexistovali, použili čosi iné. Čosi, s čoho výkonom mali veľkú skúsenosť.
To nám opäť pripomína, že v rôznych situáciách je vhodné na tú istú fyzikálnu veličinu používať rôzne jednotky. Pretože do konkrétnej situácie vstupujú iné zariadenia alebo majú iné praktické použitie. V časoch, keď sa skonštruovali prvé motory, parné aj spaľovacie, bolo rozumné porovnávať ich výkon s výkonom koní. V súčasnosti sa už kone (zväčša) na prácu nepoužívajú, konská sila však ostala.

Veľké aj malé energie

Veľa rôznych bežne používaných jednotiek má aj energia. To preto, že sa v praxi stretávame s prenosom energie v obrovskom množstve veľmi rozdielnych situácií. Jednotkou energie v sústave SI je už spomínaný joule. Minule sme písali o kilowatthodine. Tá je užitočná, keď máme motor daného výkonu, ktorý nám energiu nejaký čas dodáva.
Potom existuje kalória, čo je energia, ktorú je potrebné dodať jednému kilogramu vody, aby sme ho ohriali o jeden stupeň Celzia. Táto jednotka bola užitočná na meranie tepelnej energie v časoch, keď sa ňou ohrievala voda a sledoval sa nárast teploty. V súčasnosti sa používa zväčša jej tisícnásobok ako jednotka energie v potravinárskom priemysle a nájdeme ju na obaloch potravín pri informácii o tom, koľko energie skonzumovaním danej potraviny získame.
Energia výbuchov, najmä zbraní, sa zasa meria v tonách TNT – trinitrotoluénu. Teda v množstve tejto výbušnej látky, ktoré by pri výbuchu uvoľnilo rovnaké množstvo energie. A v časticovej fyzike sa používa jednotka elektrónvolt – energia, ktorú získa elementárny náboj prekonaním potenciálového rozdielu jeden volt. Elementárne častice sú maličké a v jednotkách SI, teda v porovnaní s bežnými situáciami, majú veľmi malé energie. Potrebujeme teda niečo oveľa menšie a jeden joule sa rovná takmer 1019 elektrónvoltov.

Cyklisti a banány

S výkonom súvisí ďalšia zaujímavá jednotka, watt na kilogram. Hovorí o tom, aký veľký výkon dané zariadenie vyprodukuje na jednotku svojej hmotnosti. Dôležitá je v situáciách, keď nie je podstatný iba surový výkon motora, ale aj hmotnosť zariadenia, ktoré sa motor snaží posúvať. To býva zväčša ťahanie do kopca.
Jeden zo zaujímavých prípadov je, keď sa človek usiluje do kopca čo najrýchlejšie posúvať sám seba – špeciálne na bicykli. Pre šliapanie do kopca je oveľa dôležitejšie porovnanie výkonu s hmotnosťou cyklistu alebo cyklistky. To preto, že do kopca idú relatívne pomaly a tak je najvýraznejšou odporovou silou gravitačná sila, ktorá závisí od hmotnosti. Po rovine gravitácia nehrá nijakú úlohu, dôležitý je odpor vzduchu a ten od hmotnosti závisí len nepriamo – prostredníctvom veľkosti jazdcov a jazdkýň. Horské etapy a teda aj najdôležitejšie preteky preto vyhrávajú ľudia s najvyššími wattmi na kilogram.
No a na záver ešte jedna chuťovkabanana equivalent dose (BED) alebo dávka ekvivalentná jednému banánu. Ide o dávku ionizujúceho žiarenia, ktorú človek dostane, keď zje jeden priemerne veľký banán. V banánoch sa totiž nachádzajú rádioaktívne izotopy, najmä draslíka. Nepoužíva sa v technickej praxi, ale skôr na komunikáciu a ilustráciu niektorých príkladov. Napríklad dávka žiarenia, ktorú za jeden rok dostane človek žijúci 100 km od jadrovej elektrárne, je asi 3 BED.

Juraj Tekel
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Foto Pixabay
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 11/2023. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre