Kompromis neurčitosti v běžném atomovém měřítku

1 · Predikuj

Ve škále jediného atomu (zhruba nanometru) — jak se minimální neurčitost hybnosti srovnává napříč rozsahem velikostí konfinace?

• Δp_min je nepřímo úměrné Δx — zdvojnásobení oblasti konfinace půlí minimální neurčitost hybnosti.
• Δp_min je přímo úměrné Δx.
• Nesouvisí jednoduchým způsobem.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu position-momentum-tradeoff a stiskni Resetovat. Tato předvolba zkoumá konfinaci poblíž atomové (nanometrové) škály.
2. Zapni odečet minimální neurčitosti hybnosti.
3. Nastav oblast konfinace Δx pro každý pokus a zapiš minimální možnou neurčitost hybnosti.

3 · Sbírej data

Vynes Δp (osa y) proti 1/Δx (osa x) pro své tři pokusy. Prochází čára počátkem?

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti Δp_min = ℏ/(2Δx) s ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Porovnej s tabulkou.
2. Potvrď, že tvoje data ukazují čistou nepřímou úměru: zdvojnásobení Δx přesně půlí Δp_min. Vysvětli, proč tento konkrétní nepřímý vztah (místo třeba převrácené druhé mocniny) plyne přímo z formy Δx·Δp ≥ ℏ/2 principu neurčitosti.

5 · Rozšiř

1. Rané (předkvantové) modely si představovaly elektrony obíhající jádro po přesných, dobře definovaných drahách — jako drobné planety. Vysvětli, proč princip neurčitosti v atomovém měřítku dělá takovou dráhu s určitou polohou i hybností fundamentálně nemožnou, což motivovalo obraz „elektronového mraku“.
2. Porovnej své hodnoty Δp tady (atomární měřítko, konfinace v nanometrech, Δx ~ 1 nm) s experimentem gamma-confinement (jaderné měřítko, konfinace v femtometrech, Δx ~ 1 fm) — šest řádů velikosti menším. Vysvětli, proč mnohem pevnější uzavření částice dává odpovídajícím způsobem větší minimální neurčitost hybnosti, a proč přesný poměr mezi jakýmikoli dvěma konkrétními pokusy závisí také na zvolených hodnotách Δx v každém experimentu, ne jen na rozdílu měřítek.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky