Физика пространства - времени
Шрифт:
в) Студент производит энергию со скоростью (мощностью) в 2 лошадиные силы (л. с.): 1/2 л. с. полезной мощности + 3· 1/2 л. с. превращается в теплоту (2 л. с. 1500 вт). Срок, необходимый для того, чтобы превратить 1 кг массы в энергию, можно найти по формуле
1500
вт
·t
сек
=
1
кг
·c^2
,
откуда
г) Полное количество световой энергии, испускаемой за одну секунду Солнцем, можно подсчитать, умножив величину энергии излучения, проходящую за 1 сек через 1 м^2 поверхности, перпендикулярной падающим лучам вблизи Земли (т.е. солнечную постоянную), на площадь в квадратных метрах воображаемой сферы радиуса, равного радиусу орбиты Земли, с центром в Солнце. Этот радиус равен приблизительно r=150 млн. км=1,5·10^1^1 м, площадь же соответствующей сферы составляет
4r^2
3·10^3^3
м
^2
.
Количество энергии в джоулях, уходящей сквозь эту воображаемую поверхность каждую секунду, равно
(1,4
дж
/
сек
·
м
^2)
(3·10^2^3
м
^2)
4·10^2^3
дж
/
сек
,
что соответствует скорости потери массы Солнцем
(4·10^2^3
дж
/
сек
)/c^2
4·10
кг
/
сек
—
приблизительно 4000 т в 1 сек. Такова та часть массы Солнца, которая ежесекундно теряется им вследствие превращения вещества в свет. Количество массы такого же порядка излучается Солнцем в форме нейтрино. Ещё большую роль в потерях массы Солнцем играет «солнечный ветер»— непосредственное выбрасывание вещества в пространство. Земля преграждает путь этим потокам на площади, приблизительно равной
r^2
Земля
3·(6·10
м
)^2
10^1
м
^2
,
так
д) Скорость каждого поезда, выраженная в метрах пути на метр светового времени, равна
=
v
c
=
45 м/сек
3·10 м/сек
=
1,5·10
.
При этом полная кинетическая энергия очень близка к той, которую даёт теория Ньютона:
T
полн
m^2
2
(10
кг
)(2·10^1)
=
2·10
кг
=
=
2·10
г
=
20
мк
.
Такова кинетическая энергия двух поездов до столкновения; она и переходит в ту добавочную массу покоя, на которую увеличивается масса поездов, рельсов и насыпи сразу же после столкновения.
63. Релятивистская химия
10 дж энергии соответствуют (10 дж)/c^210 кг. Это составляет примерно 10^1 от тех 9 кг воды, которые получаются при полном соединении водорода и кислорода, а самые чувствительные химические весы неспособны зарегистрировать изменение веса, менее чем в 1000 раз превышающее эту величину.
64. Релятивистский осциллятор
а) Нет, инженер не сможет получить здесь сколь угодно высокой частоты. Так как скорость электрона не может быть больше скорости света, период одного колебания не удастся неограниченно уменьшать (в системе отсчёта ящика).
б) Когда напряжение возрастает вдвое, кинетическая энергия электрона в соответствующих точках его траектории также удваивается. Однако ньютоновское выражение для кинетической энергии, справедливое при малых скоростях, имеет вид 1/2 ·m^2, и поэтому скорость увеличивается в 2=1,414… раз при удвоении величины напряжения. Во столько же раз, следовательно, увеличится при этом и частота.
в) Вывод, полученный в части б), наводит на мысль, что частота колебаний электрона увеличивается пропорционально корню квадратному из величины приложенного напряжения. Чтобы найти коэффициент пропорциональности, заметим, что электрон подвергается постоянному ускорению в каждой половине ящика, причём на него действует сила, равная qV/(L/2) Здесь q — заряд электрона, а L — ширина ящика (равная в нашем случае 1 м). Тогда ускорение равно a=qV/(mL/2), а время t, необходимое для того, чтобы электрон прошёл путь от одной стенки ящика (где он покоился) до его центра, определяется из обычного уравнения равноускоренного движения, s= 1/2 ·at^2. В нашем случае s=L/2 и t=T/4 (четверть периода), тогда как a даётся приведённым выше выражением. Отсюда