Fizyka!

[Mordoklapow]

Fizyka jest iście piękną, lecz i niewdzięczną nauką. Prawdopodobnie odczuł to na sobie każdy, kto kiedykolwiek miał styczność z teorią względności, mechaniką klasyczną, fizyką kwantową czy innymi odrobinę wykraczającymi poza zakres materiału licealnego tematami.

Jako nie za krótki wstęp do tematu, chciałbym podzielić się pewnym niezwykle ciekawym, zaskakującym i nietrywialnym problemem. Problem ten męczył fizyków prawie od czasów usystematyzowania równań elektromagnetyzmu przez Maxwella.

Weźmy kabel. Kabel, jak to prawie wszystkie kable w fizyce, jest nieskończenie długi i bardzo prosty. Płynie przez niego prąd I. Żeby było jeszcze łatwiej, dodajmy że nośniki poruszają się z określoną prędkością, np. v.
Dobra, teraz dodajmy cząstkę lecącą w obok kabla, tak, że wektor prędkości jest równoległy do kabla i ma wartość v (jak nośniki). Prąd w kablu indukuje pole magnetyczne, więc cząstka jest przyciągana do kabla zgodnie z zasadą lorentza.

Zadanie jak na razie przypomina to, co robiliśmy przygotowując się do maturki w liceum. Gdzie ten problem? Gdzie ta nietrywialność?

Otóż przejdźmy do układu ładunku, tzn. do układu poruszającego się z prędkością v wzdłuż kabla. Możemy to zrobić, jest to układ tak samo dobry jak każdy inny. Mówi nam o tym zasada względności Galileusza.

Jednak pojawia się problem. W naszym układzie cząstka nie porusza się, jest nieruchoma. Co powinno oznaczać, że nie działa na nią siła Lorentza! Ale przecież coś tam powinno być, jakieś oddziaływanie. Co więcej, w naszym starym układzie, cząstka powinna po pewnym czasie uderzyć w kabel. No przecież nie może tak być, że cząstka w jednym układzie to zrobi, a w drugim już nie! Czemu nic tu nie działa?! Elektromagnetyzm jest fałszywy, a cała fizyka to żydo-masoński spisek przeciwko ludzkości?

Zapraszam do dyskusji.

[Irwin]

W tym układzie nieruchoma de facto cząstka ciągle by się poruszała względem układu z prędkością v (równą prędkości ładunku, równą prędkości układu). Zatem działałaby na nią siła Lorentza.

[Mordoklapow]

Nie, cząstka w się tym drugim układzie (nazwijmy go U') nie porusza. Stoi w miejscu. Zrób sobie transformację Galileusza/Lorentza jak nie wierzysz. Jej prędkość jest dosłownie równa zeru. Teoretycznie w kablu w takiej sytuacji, prąd jest, płynie w drugą stronę, bowiem elektrony które wcześniej poruszały się z prędkością v stoją, a jądra dodatnie, które wcześniej stały poruszają się z prędkością -v. Pole magnetyczne jest takie samo, ALE cząstka stoi w naszym układzie. jednak ponieważ to Nie ma siły lorentza.
Co więcej istnieje układ w którym cząstka porusza się dwa razy szybciej, w takiej sytuacji siła Lorentza chyba powinna być dwa razy większa (pole magnetyczne chyba będzie takie samo).

[Irwin]

...rzeczywiście.
Czyli siła występuje, albo nie, w zależności od układu.

[Kamil-Maciej]

Jaka jest przyszłość fizyki? Moim zdaniem z powodu faktu, że ludzie głupieją w co raz szybszym tempie prędzej, lub później ulegnie zapomnieniu. Mam nadzieję, że się mylę, ale patrząc na to, że w ciągu jakiś 70 lat demokracja stała się mediokracją, a internet zamiast być miejscem merytorycznych dyskusji jest wykorzystywany w większości przez ludzi w moim wieku oglądających naprawdę głupie filmiki mam powody do obaw.

[Mianownik]

Nie wymyśliłem tego sam ani nawet nie jestem do końca pewny tego, czego piszę, niech mnie ktoś poprawi jeśli nie rozumiem i gadam głupoty.
Klasyczne wyjaśnienie wygląda następująco: w poruszającym się układzie odniesienia oprócz pola magnetycznego jest również pole elektryczne E. Pole to powstaje zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Łączna siła działąjąca na cząstkę wynosi F = q(E + v x B) i jest taka sama w każdym inercjalnym układzie odniesienia.

[Mordoklapow]

Skąd bierze się to pole elektryczne?
Rzeczywiście tak się dzieje. Jednak dlaczego?

[Zena92]

Można powiedzieć że w układzie który rozpatrujesz wszystkie ładunki ujemne stoją w miejscu, a ładunki dodatnie czyli dodatnio naładowane zręby atomowe czyli w dużym uproszczeniu sam drut poruszają się "do tyłu". Transformacja Lorentza przewiduje skrócenie długości ciał poruszających się. Czyli w układzie z poruszającym się do tyłu drutem, drut ulegnie skróceniu, a spoczywające elektrony nie skrócą się. Jednak musimy założyć, że prędkość nie wpływa na ładunek elektryczny. W wyniku tego w odcinku drutu będziemy mieli więcej ładunków dodatnich niż ujemnych, bo drut się skrócił i jego zręby atomowe się bardziej upchały, a spoczywające elektrony się nie skróciły. W takim wypadku elektron na zewnątrz będzie przyciągany w kierunku drutu przez dodatnie pole elektryczne. Nie da się oddzielić pola elektrycznego i magnetycznego ponieważ to jak je rozpatrzymy zależy od układu odniesienia.

[Casimir]

Abstrahując od wszelkich rachunków, , więc jest jedynie wielkością względną. Elektrodynamika działa doskonale, więc ciii.

Irwin, instaluj LaTeX'a.

[Mordoklapow]

Generalnie Zena dobrze to opisał.

Drut się skurczył, z kolei elektrony - jako że przejdzie się do układu w którym się poruszają wolniej - same się rozciągną, przez co drut dodatkowo się naładuje. Tak więc widzimy, że cząstka będzie przyciągana do drutu.

Jak tylko Irwin zainstaluje LaTeXa, opiszę to na wzorach. Będzie jeszcze lepiej widać, jak ładnie równania Maxwella i szczególna teoria względności się uzupełniają.

[Irwin]

Koślawy ten lateks

Korzysta z tego co wiem z tej strony -> www.forkosh.com/mathtex.cgi? gdzie za ? jest informacja co zmienia. Później poszukam lepszego, ale póki co powinien wystarczyć. Dodałem żeby wyświetłał się w nibytabeli, bo twórca prościutkiego pluginu w swojej mądrości zapomniał o tym, że nie będzie nic widać na ciemnym stylu.

http://www.matematyka.pl/28951.htm to wszystko działa. Nie wykorzystuję ani tego, ani fragmentów, więc wszyscy powinni być szczęśliwi

[Kamil-Maciej]

Oglądając kiedyś Discovery Science słyszałem, że teoria względności Einsteina i fizyka kwantowa wzajemnie się gryzą; są jak kot z psem (w trakcie programu pokazano nawet fragment kreskówki Tom i Jerry, a jako, że miałem wtedy prawdopodobnie 11-13 lat to łatwo załapałem przekaz). Czy jest to prawda? A jeśli tak, to czemu te dwie sprzeczne teorie są tak szeroko wykorzystywane?