Rörelsemängd och energi

Relevanta dokument
Relativistisk energi. Relativistisk energi (forts) Ekin. I bevarad energi ingår summan av kinetisk energi och massenergi. udu.

Relativistisk kinematik Ulf Torkelsson. 1 Relativistisk rörelsemängd, kraft och energi

Den Speciella Relativitetsteorin DEL I

Föreläsningsserien k&p

Solen i dag.

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Mer om E = mc 2. Version 0.4

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 6 Lösningar

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 10 Relativitetsteori den 26 april 2012.

1 Den Speciella Relativitetsteorin

Standardmodellen. Figur: HANDS-ON-CERN

Föreläsningsserien k&p

Upptäckten av gravitationsvågor

Vanlig materia (atomer, molekyler etc.) c:a 4%

14. Elektriska fält (sähkökenttä)

Dopplereffekt och lite historia

I once saw Einstein on a train which whistled past our station. - Your clock ticks much too slow, I yelled. - Ach, nein. That's time dilation

Tentamen Relativitetsteori , 29/7 2017

1 Den Speciella Relativitetsteorin

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

Speciell relativitetsteori inlämningsuppgift 2

Speciell relativitetsteori

Universums tidskalor - från stjärnor till galaxer

Tentamen Relativitetsteori , 27/7 2019

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Hur mycket betyder Higgs partikeln? MASSOR! Leif Lönnblad. Institutionen för Astronomi och teoretisk fysik Lunds Universitet. S:t Petri,

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik LÖSNINGAR TILL TENTAMEN I MEKANIK B För FYP100, Fysikprogrammet termin 2

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012,

Föredrag om relativitetsteorin AFI Håkan Sjögren

3. Om ett objekt accelereras mot en punkt kommer det alltid närmare den punkten.

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 4 Lösningar

Supersymmetri. en ny värld av partiklar att upptäcka. Johan Rathsman, Lunds Universitet. NMT-dagar, Lund, Symmetrier i fysik

101-åringen som klev ut ur teorin Om gravitationsvågor (2016) och Einsteins allmänna relativitetsteori (1915)

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

Svarta håls existens är en förutsägelse av Einsteins allmänna relativitetsteori (Einsteinsk mekanik med gravitation), som generaliserar Newtonsk

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Innehåll. Förord Del 1 Inledning och Bakgrund. Del 2 Teorin om Allt en Ny modell: GET. GrundEnergiTeorin

LHC Vad händer? Christophe Clément. Elementarpartikelfysik Stockholms universitet. Fysikdagarna i Karlstad,

Higgsbosonens existens

Science Night Rymden nu och framåt Aktuell forskning om rymden som utgångspunkt för intresseskapande fysik.

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Tentamen Relativitetsteori , 22/8 2015

1.5 Våg partikeldualism

Svarta håls existens är en förutsägelse av Einsteins allmänna relativitetsteori (Einsteinsk mekanik med gravitation), som generaliserar Newtonsk

Einstein's Allmänna relativitetsteori. Einstein's komplexa Allmänna relativitetsteori förklaras så att ALLA kan förstå den

LHC Vad händer? Christophe Clément. Elementarpartikelfysik Stockholms universitet. Fysikdagarna i Karlstad,

Relativitetsteori, introduktion

Supersymmetri. en ny värld av partiklar att upptäcka. Johan Rathsman, Lunds Universitet. NMT-dagar, Lund, Symmetrier i fysik

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 3 Lösningar

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 12, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Problemtentamen. = (3,4,5)P, r 1. = (0,2,1)a F 2. = (0,0,0)a F 3. = (2,"3,4)P, r 2

Theory Swedish (Sweden)

Universum. en symfoni i skönhet och elegans

Strängar och extra dimensioner

Mekanik FK2002m. Kinetisk energi och arbete

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u u MeV O. 2m e c2= MeV T += MeV Rekylkärnans energi försummas 14N

Övningstenta Svar och anvisningar. Uppgift 1. a) Hastigheten v(t) får vi genom att integrera: v(t) = a(t)dt

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik LÖSNINGAR TILL TENTAMEN I MEKANIK B För FYP100, Fysikprogrammet termin 2

Mekanik FK2002m. Repetition

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u= u MeV = O. 2m e c2= MeV. T β +=

Repetion. Jonas Björnsson. 1. Lyft ut den/de intressanta kopp/kropparna från den verkliga världen

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Föreläsning 2,dynamik. Partikeldynamik handlar om hur krafter påverkar partiklar.

Tentamen Relativitetsteori

Partikelfysik och Kosmologi

Mekanik Föreläsning 8

Stephen Hawking. f. 1942

FINALTÄVLING SVENSKA FYSIKERSAMFUNDET

Hur mycket betyder Higgspartikeln? MASSOR!

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 1 Lösningar

Svar och anvisningar

Kosmologi efter elektrosvagt symmetribrott

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN m fl. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas!

= v! p + r! p = r! p, ty v och p är dt parallella. Definiera som en ny storhet: Rörelsemängdsmoment: H O

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Kurs: Kemi/Fysik 2 Fysikdelen Kurskod LUI103. Examinator: Anna-Carin Larsson Tentamens datum

Vad vi ska prata om idag:

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

KUNGL TEKNISKA HÖGSKOLAN INSTITUTIONEN FÖR MEKANIK Richard Hsieh, Karl-Erik Thylwe

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Datum: Författare: Olof Karis Hjälpmedel: Physics handbook. Beta Mathematics handbook. Pennor, linjal, miniräknare. Skrivtid: 5 timmar.

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

Vågrörelselära och optik

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

Krävs för att kunna förklara varför W och Z bosoner har massor.

Christian Hansen CERN BE-ABP

Tentamen Relativitetsteori , 27/7 2013

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

Tid läge och accelera.on

Vågrörelselära och optik

Einstein's svårbegripliga teori. Einstein's första relativitetsteori, den Speciella, förklaras så att ALLA kan förstå den

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Föreläsning 12 Partikelfysik: Del 1

Kursens olika delar. Föreläsning 0 (Självstudium): INTRODUKTION

Transkript:

Föreläsning 3: Rörelsemängd och energi Naturlagarna skall gälla i alla interial system. Bl.a. gäller att: Energi och rörelsemängd bevaras i all växelverkan mu p = Relativistisk rörelsemängd: 1 ( u c ) = γmu Där u är partikelns hastighetsvektor. Med u = βc fås p = mβγc d p Om vi utnyttjar att Newtons andra lag kan skrivas F = fås relativistiskt: dt d p d F = = ( γmu) Ur vilket vi kan beräkna accelerationen då F u: dt dt d mu 3/ u du F = = m( 1 u c ) u + ( 1 u c ) dt u c c dt 3/ ( 1 u c ) 1 ( ) du F a = = Extremfall: u = 0 ger a =F/m (Newton), u =c ger a = 0. dt m 3/ du ( ) = m( 1 u c ) dt 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Relativistisk energi Om vi betraktar tillskott till kinetisk energi som utfört arbete för att accelerera från 0 till u kan dp vi integrera F dx, dvs dx från x 1 där u = 0 till x där u = u, mha substitution dx = udt dt och att (du/dt ) udt= udu E kin = m udu u 0 mc = 3/ [ 1 ( u c )] 1 ( u c ) Einstein: viloenergi E = mc Total relativistisk energi: E = γ mc = Ekin + mc mc Mha p = mβγc och lite räkning E = p c + m c 4 E kin = 1 mc ( ) u c mc För foton med massan 0: E = pc 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Relativistisk energi (forts) Invarianta massan M ändras inte under Lorentz-transformationen (karakteriserar en partikel i form av vilomassa) M = E c p c I bevarad energi ingår summan av kinetisk energi och massenergi. Exempel: π + (partikel som består av upp-kvark och anti-ner-kvark) i vila sönderfaller: π + μ + + ν μ I labbet har μ + kinetiska energi mätts till 4,3 MeV, dess vilomassa är 105,66 MeV/c. Neutrinon kan betraktas som masslös. μ + : rörelsemängd ges ur p c = E m c 4 där E =E kin + mc = 4,3 + 105,66 MeV = 109,96 MeV ger p 30,37 MeV/c. ν μ : massan = 0. Rörelsemängden bevaras och då π + var i vila, dvs p=0 måste neutrinen ha p 30,37 MeV/c motsatt riktat μ + rörelsemängd. E ν =pc = 30,37 MeV. Invarianta massan: M = 1/c (( E) ( pc) ) ½ = 1/c ((109,96+30,37) 0) ½ 140 MeV/c ( ur tabell: 139,6 MeV/c ) 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Rumstiden (ingår kursivt) Inför fyrdimensionell rumstid: (x, y, z, ct ) (Minkowski rummet) Betrakta två händelser E 1 och E med koordinater (x 1,t 1 ) och (x,t ) enligt figur. Inför begreppet rumstidsintervall som ( s) = (c t ) -( x) = (c(t -t 1 )) (x -x 1 ) Pss har vi i S systemet: ( s ) = (c t ) -( x ) = (c(t -t 1)) (x -x 1) men x =γ( x vt ) och t = γ(t - vx/c ) Efter insättning och omstuvning fås ( s ) = (c t ) -( x ) = ( s) För att en händelse skall kunna orsaka en annan måste: ( s) > 0 ( timelike ) s är invariant under Lorentz-transformationen Med ( s) = 0 gäller att c t = x ( lightlike ) 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Rumstiden (forts) För att en händelse skall kunna orsaka en annan måste: ( s) > 0 ( timelike ) Med ( s) = 0 gäller att c t = x ( lightlike ) 5A147, modern fysik, VT007, KTH

För den intresserade (överkurs): Mha fyrvektorer kan nu Lorentztransformastionen skrivas på matrisform: För rörelsemängd och energi fås: 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Allmänna relativitetsteorin mgm g Gravitation (från Newtonsk mekanik): Fg = G massa attraherande egenskap i gravitation r Samtidigt har vi massa som tröghetsegenskap mot förändring av hastighet: F = mi a G är vald så att m g och m i är lika. Einstein (1916) i allmänna relativitetsteorin. Samma naturlagar gäller för alla observatörer i vilket referenssystem som helst vare sig det är accelererande eller ej. I närheten av varje punkt är gravitationsfältet ekvivalent med ett accelererande referenssystem utan gravitationsfält. Gravitationen krökning av rumstiden. (a) och (d), gravitation (b) och (c), kraft, ingen gravitation (a) = (b) (c) = (d) 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Gravitationens påverkan på ljus Ur E =mc och E = hf får vi att ljus har en effektiv tröghetsmassa m eff =hf/c (även om fotonen är masslös, dvs vilomassa=0) Ljus bör därför böjas av kring mobjekt med hög massa, t.ex. solen. Detta har observerats! Även gravitationella linser i form av utslocknade stjärnor i halon kring galaxer har observerats (MACHO = MAssive Compact Halo Object) (men inte i den omfattning att mängden av massa i halon kan förklaras. Kanske är WIMP =Weakly Interacting Massive Particle Förklaringen. Se sista föreläsningen) 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Gravitationens påverkan på ljus (forts) Studera ljus från massiv stjärna. Vid ytan är ljusets frekvens f. Vad är frekvensen f på mycket stort avstånd? Använd energibetraktelse. Potentiella energin pga gravitationen på stjärnans yta vid radie R s (om =0 vid ) = -GMm/R s men m =hf /c. hf 0 = hf GM hf R s c f GM f 1 Rs c = Exempel: Stjärna med solens massa = 1,99 10 30 kg och jordens radie = 6,37 10 6 m Om GM /R s c > 1: Inget ljus kan slippa ut. Svart hål f f f GM = = = f f R = sc 11 30 ( 6,67 10 Nm /kg )( 1,99 10 kg) 6 8 ( 6,37 10 m)( 3,00 10 / s ),31 10 Gör t.ex. att ljus med våglängd 300 nm skiftas till till 300,07 nm. Gravitationellt rödskift 31 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Gravitationsvågor Allmänna relativitetsteorin tillåter en vågliknande till gravitationsfältet på motsvarande sätt som elektromagnetismen. Partikelekvivalent: gravitonen, masslös Problem: mycket svagare än elektromagnetisk växelverkan. Extremt svår att detektera. Indirekt bevis från pulsarer. Katastrofisk händelse t.ex. supernova skulle kunna ge detekterbar signal på jorden. Princip för detektion: stång expanderas i viss riktning och komprimeras i vinkelräta riktningen pga gravitationsvåg. Mätes med interferometer. VIRGO utanför Pisa 5A147, modern fysik, VT007, KTH

Virgo 5A147, modern fysik, VT007, KTH