Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.- В атомной и ядерной физике используется система единиц, в основу которой положены такие фундаментальные постоянные как постоянная Планка (
Дж с) и скорость света ( м/с). В данной системе эти постоянные приравниваются к единице ( ). Легко заметить, что в этом случае размерности времени и расстояния становятся одинаковыми, то же самое происходит с размерностью массы, импульса и энергии.
Предлагает Вам разобраться с этими хитростями.
Если в системе СИ для килограмма, метра и секунды существуют свои эталоны, то в указанной системе единиц двумя эталонами являются постоянная Планка и скорость света. В качестве третьего эталона можно выбрать, например, метр.
Если размерность времени и расстояния одинаковы, то можно время выражать в метрах (
1.1 Массу в такой системе можно измерять в обратных метрах (
1.1 Выразим Джоуль через основные единицы СИ (килограмм, метр и секунду):
Тогда постоянная Планка равна:
Подставим значение одной секунды, выраженной через метры и приравняем
Решая уравнение (4) относительно килограмма, получим:
1.2 Соответственно энергия также измеряется в обратных метрах (
В данной системе единиц энергию удобно выражать через электрон-вольты (
Вспомни, как в СИ выражается джоуль через основные единицы; подумай, что изменится, если кг и с переписать через метры.
Запиши формулу для джоуля через кг, м и с и подставь найденное ранее выражение для килограмма и замену секунд на метры, пользуясь
- Выпиши определение
через кг, м и с.Д ж - Подставь в это выражение найденное ранее выражение для
вк г и заменум на метры черезс . - Упростив, получишь представление джоуля в виде некоторого числа, умноженного на
.м - Выразите
в единицахД ж из полученного равенства.м
1.2 Подставляя выражения для секунды и килограмма в уравнение (2), получим:
1.3 Сколько обратных электрон-вольт в одном метре?
1.3 Теперь необходимо двигаться в обратном направлении. Знаем, что
Выражение для одного метра легко получается из выражений (6) и (7):
1.4 Чему равна одна секунда в такой системе?
В этой системе времени и расстояния одинаковы, следовательно секунда пересчитывается через метр и скорость света.
Используй равенство
- Запиши соотношение между метром и секундой, вытекающее из
. - Подставь в него выражение для
вм из пункта 1.3.эВ - Получишь представление
в виде числа, умноженного нас .эВ - Выразите
в единицахс из полученного равенства.эВ
1.4 Т.к.
1.5 Сколько электрон-вольт в одном килограмме?
Килограмм уже выражен через обратные метры; переведи это в эВ, используя связь между джоулем и эВ и между джоулем и метром.
Используй то, что масса в этой системе имеет размерность энергии (в обратных метрах) и применяй известный перевод джоулей в эВ, чтобы получить число эВ в одном килограмме.
- Возьми выражение
вк г из пункта 1.1.м - Умножь его на количество эВ, приходящееся на единицу
, найденное через связьм иД ж м .Д ж эВ - Приведи результат в форме числа эВ, соответствующего
.к г - Выразите количество эВ в одном килограмме из полученного равенства.
1.5 Используя (5), получим:
1.6 В модели атома водорода, электрон вращается вокруг протона по круговой орбите радиуса
- Для удобства вычисления орбит искусственных спутников и проектирования межпланетных полётов, предлагаем ввести не менее удобную в этом случае систему единиц, в которой гравитационная постоянная (
м /кг с ) и первая космическая скорость вблизи поверхности Земли ( м/с) равны единице ( ).
Расстояние будем измерять в земных радиусах (зр), (
Для круговой орбиты центростремительная сила, обеспечиваемая кулоновским взаимодействием, связана с кинетической энергией через скорость электрона.
Запиши второй закон Ньютона для круглого движения
- Запиши уравнение равновесия радиальной силы для электрона:
. - Воспользуйся определением кинетической энергии
и вырази через . - Подставь это в определение
и упростишь до выражения с и . - Выразите
из полученной связи (в эВ).
1.6 Запишем второй закон Ньютона:
Отсюда сразу же находим кинетическую энергию электрона:
2.1 Сколько земных радиусов в одном метре?
Зр (земной радиус) дан в метрах, значит обратное — сколько зр в одном метре — легко найти через деление.
Просто раздели единицу метра на значение земного радиуса в метрах:
- Запиши определение
в метрах.з р - Выполни обратное отношение, чтобы получить
в зр.м - Приведи результат в форме числа зр, равного одному метру.
- Выразите число земных радиусов в одном метре из полученного отношения.
2.1 Т.к.
2.2 Сколько земных радиусов в одной секунде?
Связь между первой космической скоростью и выбранными единицами даёт отношение между секундами и земными радиусами через скорость в метрах в секунду.
Используй равенство
- Запиши выражение для
через метры в секунду и через зр и с (с учётом в зр).м - Поставь
и реши это соотношение относительно в зр.с - Получишь числовое соотношение, дающее
в единицах зр.с - Выразите одну секунду в земных радиусах из полученного соотношения.
2.2 Из равенства первой космической единице, найдём выражение секунды через метры, а затем и через земные радиусы:
2.3 Чему равен один килограмм в такой системе?
Гравитационная постоянная приравнена к единице и имеет размерность, связывающую кг, м и с; подставь найденные выражения для м и с в зр, чтобы найти кг в зр.
Запиши размерность
- Выпиши размерность
как комбинацию м, кг и с. - Подставь в это выражение
им , выраженные в зр, и приравняйс единице. - Реши полученное уравнение относительно
в зр.к г - Выразите
через земные радиусы из полученной системы.к г
2.3 Из равенства единице гравитационной постоянной, получим:
Интересно заметить, что в такой системе масса Земли равна земному радиусу, что следует из выражения для первой космической скорости:
2.4 Радиус Луны
2.4 Первая космическая скорость вблизи поверхности Луны в такой системе (в формуле (16)
Скорость в этой системе - величина безразмерная.
Ускорение свободного падения, вычисляется по формуле Л,0165−1 g==зр (18). Л2 R Л
В то время как на поверхности Земли ускорение свободного падения равно одному обратному земному радиусу, т.е. в 6 раз больше.