Естествознание. 10 класс

Урок 5. Экспериментатор, прибор, результат

Научное познание

Экспериментатор, прибор, результат

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Производя измерения, мы неизбежно вносим искажения в объект, параметры которого измеряем. Величину таких искажений, а следовательно, и точность измерений необходимо всегда оценивать.

Движение микрочастиц (атомов, молекул, электронов) таково, что при измерении каких-либо параметров этого движения возникает значительное влияние на характер самого движения, и это влияние принципиально не может быть малым.

Великие эксперименты в естественных науках

Методы наблюдения за макро и микро объектами

В настоящее время методы радиолокации – измерение расстояний и скоростей объектов при помощи радиоволн – широко используют для самых различных целей. Принцип метода очень прост. Радиопередатчик радиолокатора посылает радиоволну в направлении

объекта, а радиоприёмник радиолокатора принимает волну, отражённую от объекта. Умножив время прохождения волны до объекта и обратно на скорость света, мы получим удвоенное расстояние от радиолокатора до объекта. Электронное устройство автоматически измеряет промежуток времени и делает расчёт расстояния. Произведя такие действия в два близких момента времени, мы можем определить скорость объекта по формуле: v = Δs/Δt , где Δt – время между измерениями, а Δs – величина, на которую изменилось расстояние до объекта за это время.

Иная ситуация возникает, если необходимо проследить движение микрочастиц, например движение электронов в атоме. Импульс микроскопического объекта существенно меньше, чем импульс автомобиля, поэтому влияние электромагнитных волн на него оказывается гораздо более значительным.

Согласно квантовой теории электромагнитная волна представляет собой поток фотонов. Энергия фотона связана с частотой волны соотношением Е = hv, а импульс – с длиной волны соотношением , где h – постоянная Планка. Из этого положения следует, что импульс волны (с заданной длиной) нельзя сделать сколь угодно малым, минимальный импульс волны – это импульс одного фотона.

Размер атома имеет порядок величины 10-10 м, поэтому необходима волна с длиной меньше, чем 10-11 м. Учитывая, что постоянная Планка в системе СИ имеет величину порядка 10-33, получим, что соответствующий фотон имеет импульс порядка 10-22 кг·м/с. (Для сравнения: автомобиль массой 500 кг, движущийся со скоростью 72 км/ч, имеет импульс 10 000 кг·м/с). Электрон в атоме, обладая малой массой, имеет импульс по порядку величины равный 10-22 кг·м/с. Таким образом, воздействие одного фотона с данной длиной волны на электрон было бы столь же катастрофическим, как столкновение автомобилей, движущихся навстречу друг другу. Подобный радиолокатор просто вырвал бы электрон из атома.

Предметы

По алфавиту По предметным областям

Классы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
angle-skew-bottom mix-copy next-copy-2 no-copy step-1 step-2 step-3 step-4 step-5 step-6 step-6