Всего лишь кинематика - Копылов Г.И.
Скачать (прямая ссылка):
одна на другую, похожи настолько, что друг от друга их отличить
невозможно. Масса у них у всех тоже одинакова и может
14
поэтому служить меткой, визитной карточкой частицы. Вот к чему приводит
неделимость частиц.
Здесь только в одном затруднение: как эту массу измерять? Можно было бы,
например, взвешивать частицу. Но весы такие пока не придуманы, а главное,
чтобы взвесить частицу, надо ее сперва остановить, а как это сделать?
Поэтому массу частицы приходится определять на лету, пока она мчится мимо
атомов и молекул. В этот момент умудряются измерять ее импульс по
крутизне разворота частицы в магнитном поле и энергию - по разрушениям,
которые она производит, и по иным явлениям. А этого уже достаточно, чтобы
узнать частицу. На первый взгляд это кажется невозможным, необычным.
Когда по энергии тела узнают о его скорости, или температуре, или высоте
подъема, это понятно. Но чтобы по энергии тела узнавать его природу,- в
это трудно поверить; мало ли какое тело может иметь данную энергию, или
данную температуру, или данную скорость! Но на самом деле это не столько
невозможно, сколько необычно: зачем судить о предмете по его энергии и
импульсу, если есть десяток лучших способов, если можно его просто
остановить и посмотреть. А частицу не всегда остановишь, вот и приходится
изощряться.
Как взвесить пулю на лету
Но при желании и массу пули можно определить на лету. Выстрелите из ружья
в упор в ящик с песком, помещенный в калориметр. В момент выстрела
измерьте количество движения Р, полученное пулей. Его можно узнать,
например, по отдаче ружья, т. е. умножив массу ружья на скорость его
отдачи в момент выстрела (из-за равенства действия и противодействия у
пули будет то же количество движения). Вся энергия Т, которую получила
пуля, при торможении песком превратится в тепло и может быть замерена
калориметром. Какова же масса пули т? Из формулы для количества движения
P=mv следует, что скорость пули v=P/m. Подставив в формулу для
кинетической энергии Т=тгР/2, получим T=P-j2m, откуда следует, что масса
пул и
рг
15
Значит, массу тела, пребывающего в механическом движении, можно
определить по запасу количества движения и по энергии. Конечно, если бы
измерять только энергию или только импульс, то это не удалось бы.
В физике микромира, где видимые движения бывают только механическими,
также существует связь между массой, полной энергией и импульсом частнцы.
И здесь дело облегчается тем, что у мельчайших частиц масса не может быть
какой угодно, у каждого вида частиц есть своя масса и никакой другой
массы эти частицы иметь не могут, так что стоит лишь определить массу
невидимой частицы (по унесенным ею энергии и импульсу), и мы сразу
узнаем, что это за частица. Очень удобно. С нулей так не вышло бы: разве
узнаешь по весу, пуля это или дробь?
Глава 3
ЭНЕРГИЯ И ИМПУЛЬС БЫСТРЫХ ЧАСТИЦ
Излагая новое, надо опираться на уже известное. Примем, что формулу Е=Мс*
читатель знает.
Формулу эту открыл Эйнштейн. Это ему мы обязаны тем, что знаем теперь,
как надо подсчитывать энергию быстрых частиц, и знаем, что даже в лежачем
камне таятся несметные невостребованные запасы энергии. Он вывел эту
формулу задолго до того, как она впервые понадобилась практически
(задолго до 1919 г., когда впервые было замечено ядерное превращение).
Еще в 1905 г. Эйнштейн доказал, что энергию и импульс очень быстрого тела
нельзя вычислять по привычным формулам Е=ти*/2 или Р-ти. Он доказал и
многое другое, он буквально перевернул наши привычные представления обо
всех главных вещах: движении, пространстве, времени, свете, массе. Но нам
пока важно только то, что он говорил об энергии и импульсе.
Суть открытия Эйнштейна можно изложить примерно так.
Масса и скорость
Нет ничего в мире быстрее света. И не может один свет быть быстрее
другого. Любой свет (в пустоте) движется всегда одинаково быстро. Поэтому
16
скорость света удобно принять за единицу. Всякое другое движение,
например движение какого-нибудь тела, не может происходить быстрее
распространения света, т. е, скорость любого тела всегда меньше единицы.
Но как же тогда быть с телом, которое какая-то сила очень долго
разгоняет? Ведь любая сила вызывает ускорение, а ускорение увеличивает
скорость, и не наступит ли время, когда скорость ускоряемого тела
превысит эту самую единицу? Но это невозможно, значит, с ростом скорости
ускорение должно постепенно уменьшаться - уменьшаться настолько быстро,
чтобы не успеть довести скорость тела до единицы. Но что значит, что при
постоянно действующей силе ускорение уменьшается? Как это может быть?
Известно другое свойство движения: ускорение обратно пропорционально
массе тела - чем тело тяжелее, тем труднее его той же силой ускорять.
Значит, можно сделать вывод, что ускорение уменьшается из-за того, что
масса тела растет, Тогда концы с концами сойдутся: по мере роста скорости
тело тяжелеет, и прежняя сила уже не может дать ему прежнего ускорения.
