Modernioji fizika
Branduolinio mastelio apribojimas
100 MeV fotonui 1 fm atstumu pγ = E/c yra judesio kiekio mastelis; Δp_min = ℏ/(2Δx), tad čia Δx·Δp = ℏ/2.
Branduolinio mastelio apribojimas — interaktyvi Modernioji fizika simuliacija. 100 MeV fotonui 1 fm atstumu pγ = E/c yra judesio kiekio mastelis; Δp_min = ℏ/(2Δx), tad čia Δx·Δp = ℏ/2. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Branduolinis apribojimas
pγ = E/c skiriasi nuo Δp_min = ℏ/(2Δx); čia Δx·Δp = ℏ/2.
100 MeV fotonui 1 fm atstumu pγ = E/c yra judesio kiekio mastelis; Δp_min = ℏ/(2Δx), tad čia Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Didelis judesio kiekis
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Jei bandytum apriboti fotoną iki vieno atominio branduolio vidaus (maždaug femtometro skersmens), neapibrėžtumo principas reikalauja milžiniško minimaliojo judesio kiekio neapibrėžtumo. Ar tai padeda paaiškinti, kodėl laisvieji elektronai niekada nerandami branduolio VIDUJE?
Svarstytini spėjimai
- Neapibrėžtumo principas netaikomas branduoliniuose masteliuose.
- Apribojimas iki branduolinio mastelio reikalautų neįprastai mažo judesio kiekio neapibrėžtumo.
- Taip — bet kurios lengvos dalelės apribojimas iki branduolinio mastelio reikalautų judesio kiekio neapibrėžtumo (tad ir energijos) gerokai didesnės, nei iš tikrųjų stebima iš branduolių besiveržianti, atmesdama elektronų gyvenimą viduje.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Apribojimo sritis Δx (nm)
Ką tu matauji:
- Judesio kiekio neapibrėžtumas Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Gama spindulio fotono apribojimas iki branduolinio mastelio“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Šis eksperimentas modeliuoja 100 MeV fotoną, apribotą apie femtometro (10⁻¹⁵ m) masteliu.
- Įjunk minimaliojo judesio kiekio neapibrėžtumo rodmuo.
- Nustatyk apribojimo sritį Δx kiekvienam bandymui (arti branduolinio mastelio) ir užsirašyk minimalųjį įmanomąjį judesio kiekio neapibrėžtumą.
Valdančioji lygtis
Neapibrėžtumas branduoliniame mastelyje — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Bet kurios dalelės — įskaitant bemasį fotoną — apribojimas iki Δx ≈ 10⁻¹⁵ m reikalauja minimaliojo judesio kiekio neapibrėžtumo Δp ≥ ℏ/(2Δx) eilės 10⁻²⁰ kg·m/s, atitinkančio energijas, gerokai viršijančias tai, kas stebima dalelėms, iš tikrųjų randamoms branduolių viduje.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok Δp_min = ℏ/(2Δx) naudodamas ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Palygink su lentele — pastebėk, kad šios reikšmės yra maždaug 10⁵ kartų didesnės už „Heizenbergo neapibrėžtumo principas“ eksperimento, nes Δx čia yra maždaug 10⁵ kartų mažesnis.
- Fotonui judesio kiekis siejasi su energija per p = E/c. Paaiškink, kaip tavo Δp_min reikšmių vertimas į atitinkamą minimalųjį energijos neapibrėžtumą (padauginta iš c) padeda pagrįsti, kodėl dalelės, apribotos iki branduolinių matmenų, turi nešti milžinišką minimaliąją energiją — dešimtis MeV, atitinkančias šio eksperimento 100 MeV fotoną.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Istorinėje praeityje fizikai svarstė, ar beta skilime spinduliuojami elektronai buvo „saugomi branduolio viduje“ iš anksto. Šis neapibrėžtumo principo argumentas (elektronams, apribotiems iki branduolinio mastelio, reikėtų gerokai daugiau energijos, nei beta skilimo elektronai iš tikrųjų turi) buvo pagrindinis įrodymas, kad elektronai vietoj to SUKURAMI skilimo akimirką, o ne iš anksto egzistuoja branduolio viduje.
- Skirtingai nei elektronas „Heizenbergo neapibrėžtumo principas“, šis eksperimentas aiškiai modeliuoja bemasį fotoną, naudodamas judesio kiekį p = E/c vietoj p = √(2mK). Paaiškink, kodėl fotono judesio kiekio formulė turi skirtis nuo masyvios dalelės.
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- Sveiki atvykę prie gama apribojimo
- Pasirink neapibrėžtumo įrenginį
- Spausk Leisti
- Branduolio dydžio riba
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →