Modernā fizika

Kodola mēroga ierobežošana

100 MeV fotonam pie 1 fm pγ = E/c ir kustības daudzuma mērogs; Δp_min = ℏ/(2Δx), tāpēc šeit Δx·Δp = ℏ/2.

Kodola mēroga ierobežošana — interaktīva Modernā fizika simulācija. 100 MeV fotonam pie 1 fm pγ = E/c ir kustības daudzuma mērogs; Δp_min = ℏ/(2Δx), tāpēc šeit Δx·Δp = ℏ/2. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Kodola ierobežošana

pγ = E/c atšķiras no Δp_min = ℏ/(2Δx); šeit Δx·Δp = ℏ/2.

100 MeV fotonam pie 1 fm pγ = E/c ir kustības daudzuma mērogs; Δp_min = ℏ/(2Δx), tāpēc šeit Δx·Δp = ℏ/2.

• ΔxΔp ≥ ℏ/2
• Augsts kustības daudzums

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Ja tu mēģinātu ierobežot fotonu viena atoma kodola robežās (apmēram femtometrs platumā), nenoteiktības princips pieprasa milzīgu minimālo kustības daudzuma nenoteiktību. Vai tas palīdz izskaidrot, kāpēc brīvie elektroni nekad netiek atrasti kodola IEKŠPUSĒ?

Prognozes, ko svērt

• Nenoteiktības princips neattiecas uz kodola mērogiem.
• Ierobežošana uz kodola mērogu prasītu neparasti mazu kustības daudzuma nenoteiktību.
• Jā — jebkuras vieglas daļiņas ierobežošana uz kodola mērogu prasītu kustības daudzuma nenoteiktību (un tāpēc enerģiju), kas daudz lielāka nekā tas, kas patiesībā tiek novērots iznākam no kodoliem, izslēdzot elektronus dzīvojam iekšā.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Ierobežojuma reģions Δx (fm)

Ko tu mēri:

• Kustības daudzuma nenoteiktība Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)

Kā izpēte norit

1. Atver gamma ierobežošanas eksperimentu un nospied Atiestatīt. Šis eksperiments modelē 100 MeV fotonu, ierobežotu pie femtometra (10⁻¹⁵ m) mēroga.
2. Ieslēdz minimālās kustības daudzuma nenoteiktības rādījumu.
3. Iestati ierobežojuma reģionu Δx katram mēģinājumam (pie kodola mēroga) un ieraksti minimālo iespējamo kustības daudzuma nenoteiktību.

Noteicošais vienādojums

Nenoteiktība kodola mērogā — Δx·Δp ≥ ℏ/2

Jebkuras daļiņas — ieskaitot bezmasu fotonu — ierobežošana Δx ≈ 10⁻¹⁵ m robežās prasa minimālo kustības daudzuma nenoteiktību Δp ≥ ℏ/(2Δx) ap 10⁻²⁰ kg·m/s, atbilstoši enerģijām, kas tālu pārsniedz to, kas novērots daļiņām, kas patiesībā atrodamas kodolu iekšienē.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vienam mēģinājumam izrēķini Δp_min = ℏ/(2Δx) ar ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Salīdzini ar tabulu — ievēro, ka šīs vērtības ir aptuveni 10⁵ reizes lielākas nekā Heizenberga elektrona eksperimenta, tāpēc ka Δx šeit ir aptuveni 10⁵ reizes mazāks.
• Fotonam kustības daudzums saistās ar enerģiju ar p = E/c. Izskaidro, kā tavu Δp_min vērtību pārvēršana ekvivalentā minimālā enerģijas nenoteiktībā (reizini ar c) palīdz pamatot, kāpēc daļiņām, kas ierobežotas uz kodola izmēriem, jānes milzīga minimālā enerģija — desmitiem MeV, atbilstoši šī eksperimenta 100 MeV fotonam.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Vēsturiski fiziķi reiz prātoja, vai elektroni, kas izstaroti beta sabrukumā, bija „uzglabāti kodola iekšienē” jau iepriekš. Šis nenoteiktības principa arguments (elektroniem, kas ierobežoti uz kodola mērogu, vajadzētu daudz vairāk enerģijas, nekā beta sabrukuma elektroniem patiesībā ir) bija galvenais pierādījums, ka elektroni tā vietā tiek RADĪTI sabrukuma brīdī, nevis jau eksistē kodola iekšienē.
• Atšķirībā no elektrona Heizenberga elektrona eksperimentā, šis eksperiments tieši modelē bezmasu fotonu, izmantojot kustības daudzumu p = E/c, nevis p = √(2mK). Izskaidro, kāpēc fotona kustības daudzuma formulai jābūt atšķirīgai no masīvas daļiņas formulas.

• 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

1. Sveicināts gamma ierobežošanas eksperimentā
2. Atlasīts nenoteiktības iestatni
3. Nospied „Atskaņot”
4. Kodola izmēra robeža
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Nenoteiktības princips