Epätarkkuuskompromissi arjen atomimittakaavassa

1 · Ennusta

Yksittäisen atomin mittakaavassa (suunnilleen nanometri), miten pienin liikemääräepätarkkuus vertautuu eri rajoituskokojen välillä?

• Δp_min on käänteisesti verrannollinen Δx:ään – rajoitusalueen kaksinkertaistaminen puolittaa pienimmän liikemääräepätarkkuuden.
• Δp_min on suoraan verrannollinen Δx:ään.
• Ne eivät liity toisiinsa yksinkertaisella tavalla.

2 · Kokoa

1. Avaa sijainti–liikemäärä-kompromissi -esiasetus ja paina Nollaa. Tämä esiasetus tutkii rajoitusta lähellä atomi(nanometri)mittakaavaa.
2. Ota käyttöön pienimmän liikemääräepätarkkuuden lukema.
3. Aseta rajoitusalue Δx jokaiselle suoritukselle ja kirjaa pienin mahdollinen liikemääräepätarkkuus.

3 · Kerää data

Kuvaa Δp (y-akseli) arvoa 1/Δx vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora origon kautta?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske Δp_min = ℏ/(2Δx) arvolla ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Vertaa taulukkoon.
2. Varmenna, että datasi osoittaa puhdasta käänteistä verrannollisuutta: Δx:n kaksinkertaistaminen puolittaa täsmälleen Δp_min:n. Selitä, miksi juuri tämä käänteinen suhde (ei esimerkiksi käänteisneliö) seuraa suoraan epätarkkuusperiaatteen muodosta Δx·Δp ≥ ℏ/2.

5 · Laajenna

1. Varhaiset (esikvantti)mallit kuvittelivat elektronien kiertävän ydintä täsmällisillä, hyvin määritellyillä radoilla – kuin pieninä planeettoina. Selitä, miksi epätarkkuusperiaate atomimittakaavassa tekee tällaisesta täsmällisen sijainnin ja täsmällisen liikemäärän radasta perustavasti mahdotonta, motivoen ”elektronipilven” kuvan sijaan.
2. Vertaa Δp-arvojasi tässä (atomimittakaava, nanometrin rajoitus) gamma-confinement-kokeen arvoihin (ytimen mittakaava, femtometrin rajoitus, viisi suurusluokkaa pienempi Δx). Selitä, miksi hiukkasen rajaaminen 100 000× tiiviimmin tuottaa 100 000× suuremman pienimmän liikemääräepätarkkuuden.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia