Neapibrėžtumo kompromisas kasdieniu atominį masteliu

1 · Spėk

Vieno atomo masteliu (maždaug nanometras), kaip minimalusis judesio kiekio neapibrėžtumas lyginasi per apribojimo dydžių rėžą?

2 · Paruošk

  1. Atidaryk „Neapibrėžtumo kompromisas kasdieniu atominį masteliu“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Šis eksperimentas tyrinėja apribojimą apie atominį (nanometrą) mastelį.
  2. Įjunk minimaliojo judesio kiekio neapibrėžtumo rodmuo.
  3. Nustatyk apribojimo sritį Δx kiekvienam bandymui ir užsirašyk minimalųjį įmanomąjį judesio kiekio neapibrėžtumą.

3 · Rink duomenis

Apribojimo sritis Δx (nm)Judesio kiekio neapibrėžtumas Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
0.50
1.00
2.00

Braišyk Δp (y ašis) prieš 1/Δx (x ašis) savo trims bandymams. Ar linija tiesė pro pradžią?

4 · Analizuok

  1. Vienam bandymui apskaičiuok Δp_min = ℏ/(2Δx) naudodamas ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Palygink su lentele.
  2. Patvirtink, kad tavo duomenys rodo švarų atvirkštinį proporcingumą: Δx padvigubinimas tiksliai perpus sumažina Δp_min. Paaiškink, kodėl būtent šis atvirkštinis ryšys (o ne, tarkim, atvirkštinis kvadratas) kyla tiesiogiai iš neapibrėžtumo principo Δx·Δp ≥ ℏ/2 formos.

5 · Išplėsk

  1. Ankstyvi (prieškvantiniai) modeliai įsivaizdavo elektronus skriejančius aplink branduolį tikslias, gerai apibrėžtas trajektorijas — kaip mažyčius planetas. Paaiškink, kodėl neapibrėžtumo principas atominį masteliu daro tokią apibrėžtos padėties, apibrėžto judesio kiekio orbitą fundamentaliai neįmanoma, motyvuodamas „elektrono debesies“ vaizdą vietoj to.
  2. Palygink savo Δp reikšmes čia (atinis mastelis, nanometro apribojimas) su „Gama spindulio fotono apribojimas iki branduolinio mastelio“ eksperimento (branduolinis mastelis, femtometro apribojimas, penkiais eilėmis mažesnis Δx). Paaiškink, kodėl dalelės apribojimas 100 000× stipriau gamina 100 000× didesnį minimalųjį judesio kiekio neapibrėžtumą.

Fizika už šio eksperimento

Neapibrėžtumo principo mastelis

Kadangi Δp_min = ℏ/(2Δx), minimalusis judesio kiekio neapibrėžtumas skaluojasi tiksliai kaip 1/Δx — padėties apribojimo sugriežtinimas bet kokiu daugikliu atpalaiduoja judesio kiekio apibrėžtumą tuo pačiu daugikliu.

← Grįžti prie eksperimento

Modernioji fizika

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai