Консультация № 160941
19.02.2009, 22:59
0.00 руб.
0 9 2
Здравствуйте уважаемые эксперты Не могли бы вы помочь мне с 2 задачами.
Вот условия:
1)Определить,какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти электрон,чтобы его продольные размеры уменьшились в 2 раза.

2)Математический маятник длины L(0)=40 см и тонкий однородный стержень длины L=60 см совершают синхронно малые колебания вокруг горизонтальной оси.Найти расстояние от центра стержня до этой оси.

Заранее благодарен!

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
27822
2370
20.02.2009, 10:30
общий
это ответ
Здравствуйте, Denis Serg!
1) Длина тела, движущегося со скоростью V, согласно преобразованию Лоренца, равна: L = L0∙√(1 - (V/c)2) (1), где L0 - длина тела в состоянии покоя, c - скорость света. Полная масса тела, движущегося со скоростью V, согласно преобразованию Лоренца, равна: M = m0/(1 - (V/c)2)) (2), где m0 - масса покоя. Кинетическая энергия тела, движущегося со скоростью V, равна: K = M*V2/2 = (m0/(1 - (V/c)2))*V2/2 (3). Возведя обе части (1) в квадрат, получаем: (L/L0)2 = 1 - (V/c)2 (4) и V2 = (1 - (L/L0)2)*c2 (5); после подстановки (4) в (2): M = m0*(L0/L)2 (6). Подставляя (5) и (6) в (3), после сокращений: K = m0*c2*((L0/L)2 - 1)/2, а применительно к электрону: Ke = me*c2*((L0/L)2 - 1)/2 (7), где me - масса покоя электрона. Ускоряющая разность потенциалов U совершает работу W = U*e, где e - заряд электрона. Приравняв W = Ke и введя "удельный заряд электрона" e/me = 1.7588*1011 Кл/кг, получаем: U = c2*((L0/L)2 - 1)/(2*e/me) (8), а после подстановки c = 2.9979*108 м/с: U = (2.9979*108)2*((L0/L)2 - 1)/(2*1.7588*1011) = 255.5*((L0/L)2 - 1) кВ; поскольку, согласно условию задачи L0/L = 2, U = 255.5*3 = 766.5 кВ.
2) Такой стержень представляет собой "физический маятник" - твёрдое тело, совершающее колебания под действием силы тяжести вокруг неподвижной горизонтальной оси, не проходящей через центр тяжести (см здесь, а также Сивухин Д.В. Общий курс физики, том 1, Механика. - М.: 1979, с. 210). Приведённая длина - это условная характеристика физического маятника. Она численно равна длине L(0) математического маятника, период которого равен периоду данного физического маятника. Приведённая длина физического маятника вычисляется следующим образом: Lпр = J/(m*x) (1), где J - момент инерции относительно точки подвеса, m - масса, x - расстояние от точки подвеса до центра масс. В данном случае требуется: Lпр = L(0) (2). Момент инерции относительно точки подвеса определяется по "теореме Штейнера": J = Jц + m*x2 (3), где Jц - момент инерции относительно центра стержня; Jц = m*L2/12 (4) (см. Моменты инерции однородных тел простейшей формы относительно некоторых осей). После подстановки выражений (1), (3) и (4) в равенство (2), сокращения на m и освобождения от знаменателя получаем квадратное уравнение: x2 - L(0)*x + L2/12 = 0; в конкретных числах оно имеет 2 решения: x1 = 30 см; x2 = 10 см;
Неизвестный
20.02.2009, 12:04
общий
Составителю первой задачи - нобелевскую премию! Он обнаружил размер у электрона! Более того, даже предсказал деформацию электрона релятивистскими эффектами. Наверное, это приводит к перераспределению элементарного заряда по объему электрона. Интересно, а какая у электрона форма в состоянии покоя? Ба, да тут целое научное направление!
давно
Мастер-Эксперт
27822
2370
20.02.2009, 22:46
общий
Здравствуйте, Jacky! Полностью согласен. Зато красиво! Недавно, к примеру, обсуждали вопрос (№ 159675) о величине ЭДС, которую в принципе невозможно измерить. Но "формулопоклонников" (любителей жонглировать формулами) такие мелочи не смущают.
Неизвестный
21.02.2009, 00:01
общий
это ответ
Здравствуйте, Denis Serg!
1)Определить,какую ускоряющую разность потенциалов
U=?
должен пройти электрон,чтобы его продольные размеры уменьшились в 2 раза
L/L0= 1/2
___
Из справочника
me= 9.11e-31 (кг).масса электрона
qe= 1.60e-19 (Кл). элементарный заряд
c= 3e8 (м/с).скорость света
___
По-моему так:
___
Обозначим релятивистский коэффициент Лорентца
k= 1/sqrt(1-(v/c)^2)

Длина
L= L0/k

Из условия
k= L/L0= 2

Энергия покоя
E0= m0*c^2

Энергия полная
E= E0*k

энергия кинетическая
Ek= E- E0= E0*(k-1)= q*U

Отсюда
U= (m0*c^2/q)*(k-1)

U= (9.11e-31*3e8^2/1.60e-19)*(2-1)= 5,12E5 (В)= 512 (кВ)
__________________________
PS
Так как скорость 'v' из коэффициента Лорентца в этой задаче не используется,
то, по-моему, лучше его записать один раз обозначив его какой-нибудь буквой,
а дальше использовать только это обозначение.
Так меньше шансов запутаться.
__________________________
Неизвестный
21.02.2009, 00:18
общий
Уважаемые Jacky и SFResid.
Не могли бы Вы прояснить мне вопрос в связи с этой задачей по поводу "релятивистской массы".
Еще из школы и до недавнего времени у меня не было сомнения в том, что масса со скоростью растет
m= m0/sqrt(1-(v/c)^2)
(Например это уравнение приводится в задачнике по физике Иродова)

Но недавно наткнулся на статью
Л.Б. Окунь «Формула Эйнштейна: E0 = mc2. „Не смеётся ли Господь Бог“?»
http://ufn.ru/ru/articles/2008/5/g/
и вот еще
http://ru.wikipedia.org/wiki/Релятивистская_масса
Где доказывается, что это неправильно.

Ну пусть на википедию можно не обращать внимание (там пишет кто угодно), но Окунь вроде бы серьезный специалист.
___
И вот сам вопрос:
Так можно, или нельзя использовать понятие о росте массы с ростом скорости?
давно
Мастер-Эксперт
27822
2370
21.02.2009, 06:33
общий
Я с этой 1-й задачей, видно, влез не в "свою" область. Похоже, где-то напутал, а уж "прояснять" вовсе не берусь. И вперёд наука.
Неизвестный
21.02.2009, 09:34
общий
Я с этой 1-й задачей, видно, влез не в "свою" область.

Ну, если бы не Ваше решение, то я бы послал 100% ошибочное решение.
Я уже хотел отправлять, предварительно проверив, но не заметил, что у меня напряжение вычисляется не на основе кинетической энергии, а на основе полной. И только прочитав Ваш ответ понял это.

И я кстати не уверен, что у меня нет еще какой ошибки.
Неизвестный
21.02.2009, 16:59
общий
По современным представлениям масса от скорости не зависит, как и заряд. Корень в формуле для импульса не от массы, а от скорости. Термин "масса покоя" лишний (т.е. безнадёжно устарел). У Окуня есть несколько статей на эту тему.

Чтобы размер сократился вдвое, гамма должна равняться двум, значит полная энергия вдвое больше энергии покоя и кинетическая энергия равна энергии покоя. Для электрона это около 510 кэВ -- второй ответ правильный.
Неизвестный
21.02.2009, 21:13
общий
Дмитрий DA
Спасибо за разъяснение.
И за проверку моего решения.
Форма ответа