Nüüdisaegne füüsika
Müooni püsimine atmosfääris
Müoonilaadne β ≈ 0,995 — labori eluiga venib piisavalt maapinnani jõudmiseks.
Müooni püsimine atmosfääris — interaktiivne Nüüdisaegne füüsika simulatsioon. Müoonilaadne β ≈ 0,995 — labori eluiga venib piisavalt maapinnani jõudmiseks. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Müooni püsimine
Müoonilaadne β ≈ 0,995 — labori eluiga venib piisavalt maapinnani jõudmiseks.
Kosmilise kiirguse müoonid elavad paigal ~2,2 μs — liiga lühidalt, et klassikaliselt mereeni jõuda. β ≈ 0,995 juures näevad labori kellad venitatud eluiga γτ, samas kui müooni isendis näeb kokkutõmmatud atmosfääri. Mõlemad kirjeldused nõustuvad tuvastusmääraga — relatiivsuse klassikaline kinnitus.
- Labori eluiga = γτ₀
- β ≈ 0.995
Uurimise kokkuvõte
Planeeri küsimus enne labori avamist
Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.
Juhtküsimus
Müoonid, kes tekivad kosmilise kiirguse poolt kõrgel atmosfääris, omavad oma elueaks ainult umbes 2,2 mikrosekundit — ei küllaldaselt aega, peaaegu valguskiirusel, et abita maapinnale jõuda. Ometi tuvastatakse müoone mere tasemel suures koguses. Kas aeglasenemine seda selgitab?
Kaalutavad ennustused
- Ei — müoonid peavad tekkima maapinnale lähemal kui oodatud.
- Sel pole relatiivsusega midagi tegemist.
- Jah — kiiresti liikunud müooni lagunemiskell jookseb Maalt vaadatuna aeglaselt, pikendades tema vaadeldud eluiga piisavalt, et ta jõuaks maapinnale.
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Kiiruse osa β = v/c
Mida sa mõõdad:
- Lorentzi tegur γ
- Venitatud eluiga Δt (µs)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava müooni aeglasenemise eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Müooni oma eluiga on fikseeritud 2,2 µs, kiirus β = 0,995.
- Lülita sisse Lorentzi teguri ja venitatud eluea näidud.
- Sea iga katse jaoks müooni kiirus ja kirjuta üles tema venitatud (Maa raami) eluiga.
Juhtiv võrrand
Müooni aeglasenemine — Δt = γ Δt₀
Müoon, kes liigub kiirusel β = 0.995 (γ ≈ 10), omab oma 2,2 µs eluiga venitatuna umbes 22 µs-ni Maalt vaadatuna — piisavalt pikalt, koos tema peaaegu valguskiirusega, et atmosfäär läbida ja jõuda detektoriteni mere tasemel.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Arvuta ühes katses γ = 1/√(1 − β²), seejärel Δt = γ·(2.2 µs). Võrdle tabeliga. Kinnita, et β = 0.995 annab umbes kümnekordse eluea pikenduse.
- Ilma aeglasenemiseta, isegi peaaegu valguskiirusel, laseb 2,2 µs oma eluiga müoonil lennata ainult umbes 660 m — kaugele jääb ~15 km atmosfääri kõrgusest, kus enamik tekib. Selgita, kuidas sinu arvutatud venitatud eluiga seda pilti muudab.
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Müooni enda viiteraamis on tema eluiga endiselt ainult 2,2 µs — aga müoon „näeb“ atmosfääri pikkuskahanenuna, seega ta ei pea nii kaugele lendama. Selgita, miks mõlemad selgitused (Maa raami aeglasenemine või müooni raami pikkuskahanemine) ennustavad täpselt sama eksperimentaalset tulemust: müoon jõuab maapinnale.
- 1941. aasta Rossi-Halli eksperiment, mis võrdles müoonide arvu mäe tipul versus mere tasemel, oli üks esimesi otseseid eksperimentaalseid kinnitusi erirelatiivsuse aeglasenemisele. Miks võiks arvude võrdlus kahel erineval kõrgusel olla nutikas viis selle ennustuse testimiseks?
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — A.5 Galilean and special relativity
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- Tere tulemast müooni aeglasenemise juurde
- Vali relatiivsuse seadistus
- Vajuta Esita
- Müooni püsimine laboris
- Ava Omaduste paneel
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.