Kompromis nedoločenosti na vsakdanjem atomskem merilu

1 · Predvidi

Na merilu enega samega atoma (približno nanometer), kako se najmanjša nedoločenost gibalne količine primerja čez razpon velikosti zapora?

• Δp_min je obratno sorazmeren z Δx — podvojitev območja zapora prepolovi najmanjšo nedoločenost gibalne količine.
• Δp_min je neposredno sorazmeren z Δx.
• Nista povezani na preprost način.

2 · Pripravi

1. Odpri prednastavitev position-momentum-tradeoff in pritisni Ponastavi. Ta prednastavitev raziskuje zaporo blizu atomskega (nanometerskega) merila.
2. Omogoči odčitek najmanjše nedoločenosti gibalne količine.
3. Nastavi območje zapora Δx za vsak poskus in zabeleži najmanjšo možno nedoločenost gibalne količine.

3 · Zberi podatke

Nariši Δp (os y) proti 1/Δx (os x) za svoje tri poskuse. Ali je črta ravna skozi izhodišče?

4 · Analiziraj

1. Za en poskus izračunaj Δp_min = ℏ/(2Δx) s ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Primerjaj s tabelo.
2. Potrdi, da tvoji podatki kažejo čisto obratno sorazmernost: podvojitev Δx točno prepolovi Δp_min. Razloži, zakaj ta specifična obratna zveza (in ne, recimo, obratni kvadrat) sledi neposredno iz oblike Δx·Δp ≥ ℏ/2 načela nedoločenosti.

5 · Razširi

1. Zgodnji (predkvantni) modeli so si predstavljali elektrone, ki krožijo okoli jedra po natančnih, dobro določenih poteh — kot drobni planeti. Razloži, zakaj načelo nedoločenosti na atomskem merilu naredi takšno orbito z določenim položajem in določeno gibalno količino temeljno nemogočo, kar vodi k sliki „elektronskega oblaka“.
2. Primerjajte svoje vrednosti Δp tukaj (atomska lestvica, nanometrska omejenost, Δx ~ 1 nm) s poskusom gama-omejenosti (jedrska lestvica, femtometrska omejenost, Δx ~ 1 fm) — šest vrst velikosti manjše. Razložite, zakaj omejevanje delca toliko bolj tigato povzroči ustrezno večjo minimalno negotovost gibalne količine, in zakaj točno razmerje med katerima koli dvema posebnima poskusoma prav tako zavisi od tega, katere vrednosti Δx ste izbrali v vsakem poskusu, ne samo od razlike v lestvici.

Fizika za tem poskusom

← Nazaj na poskus

138 brezplačnih natisljivih fizikalnih delovnih listov