Какую часть скорости света должна составлять скорость частицы, чтобы ее кинетическая энергия была равна энергии покоя?
Физика Колледж Специальная теория относительности скорость света кинетическая энергия энергия покоя частица физика 12 класса
Для решения этой задачи нам нужно использовать формулы, связанные с релятивистской механикой. Давайте разберем шаги, необходимые для нахождения отношения скорости частицы к скорости света.
Шаг 1: Понимание энергийКинетическая энергия (Т) и энергия покоя (E0) частицы связаны следующим образом:
Полная энергия E частицы, движущейся со скоростью v, определяется как:
E = γmc²,
где γ (гамма) – это релятивистский фактор, который равен:
γ = 1 / sqrt(1 - (v²/c²)).
Шаг 3: Условие задачиПо условию задачи, кинетическая энергия равна энергии покоя:
T = E0.
Таким образом, мы можем записать:
E - E0 = E0.
Это можно переписать как:
E = 2E0.
Шаг 4: Подстановка полного выражения энергииТеперь подставим выражение для полной энергии:
γmc² = 2mc².
Шаг 5: Упрощение уравненияМы можем сократить mc² на обеих сторонах уравнения (при условии, что m не равно нулю):
γ = 2.
Шаг 6: Подстановка выражения для гаммаТеперь подставим выражение для γ:
1 / sqrt(1 - (v²/c²)) = 2.
Шаг 7: Решение уравненияТеперь возведем обе стороны уравнения в квадрат:
1 / (1 - (v²/c²)) = 4.
Теперь выразим 1 - (v²/c²):
1 - (v²/c²) = 1/4.
Отсюда получаем:
(v²/c²) = 1 - 1/4 = 3/4.
Шаг 8: Нахождение скоростиТеперь найдем v:
v² = (3/4)c².
И, соответственно:
v = c * sqrt(3/4) = (sqrt(3)/2)c.
Ответ:Таким образом, скорость частицы должна составлять sqrt(3)/2 или примерно 0.866 от скорости света, чтобы ее кинетическая энергия была равна энергии покоя.