Zákony zachování

Zákony zachování

Zákony zachování – analýza dat pomocí grafů – histogramy – jednotky nebo vektory ve fyzice částic

V celé fyzice existuje pouze šest zákonů zachování. Každý z nich popisuje veličinu, která se zachovává, to znamená, že její celkové množství je stejné předtím i potom, co něco nastane. Tyto zákony mají omezení, že systém je uzavřený, to znamená, že systém není ovlivněn ničím mimo něj.

Zachování náboje Zachování hybnosti Zachování hmotnosti/energie

Zachování momentu hybnosti Zachování baryonů Zachování leptonů

Přebereme si zákony zachování, které znáte z klasické fyziky. Poté si popíšeme dva zákony zachování z částicové fyziky.

Zachování náboje
Tento zákon se v chemii používá neustále. Celkový náboj v systému se zachovává.

NaOH + HCl ?
Na+OH- + H+Cl- Na+ Cl- + H+ OH- sůl ve vodě
1+ + 1- + 1+ + 1- = 0 = 0 + 0 Zkontroluj tuto interakci částic:
p+ + ne p+ + p+
1+ + 0 1+ + 1+
1 2. Jaký je náboj částic? K této reakci nemůže dojít!

Zachování Momemtum
Momemtum, p, (vektor) se rovná hmotnosti, m, (skalár) krát rychlost, v, (vektor).

(p = m v)

Přemýšlejme o srážce autíček:

Před srážkou		Po srážce
m1 = 1 kg	m2 = 2 kg	m1 = 1 kg	m2 = 2 kg
v1 = +5 m/s	v2 = -5 m/s	v1′ = -3 m/s	v2′ = -1 m/s

Vypočítejte celkovou rychlost a celkovou hybnost před a po srážce. Nezapomeňte, že v a p jsou vektory.

.

Před srážkou		Po srážce
m1 = 1 kg	m2 = 2 kg	m1 = 1 kg	m2 = 2 kg
Sv = +5 m/s + – 5 m/s = 0		Sv = -3 m/s + -1 m/s = -4
Sp = +5 kg m/s + -10 kg m/s = -5 kg m/s		Sp = -3 kg m/s + -2 kg m/s = -5 kg m/s

Takže, celková rychlost se NEzachovává, ale hybnost ano!

Podívejte se na tyto dráhy částic (vypočítané počítačem) při srážce elektronu a pozitronu. Co z toho vyvodíte?

Předtím:

Po:
Vypadá to, že hybnost se nezachovává, pokud neexistuje jedna nebo více neviditelných částic.

Když se ve 30. letech 20. století zdálo, že se při takových událostech porušuje zachování hybnosti, částicoví fyzikové si uvědomili, že musí existovat neviditelné částice. Tak byla poprvé postulována neutrina, která však byla objevena až mnohem později.

Zachování energie/hmotnosti\>
Uvažujme následující reakci:

po g g. To znamená, že po (pi-nula) se rozpadá na 2 fotony. Ve vztažném rámci, v němž je po v klidu, neexistuje žádná počáteční kinetická energie, ale protože se fotony pohybují, v konečném stavu zjevně existuje kinetická energie. Co je zdrojem této energie? Hmotnost po byla přeměněna na kinetickou energii (KE). Jinými slovy, hmotnost je forma energie, E = mc2, často nazývaná klidová hmotnostní energie (KME). Nyní má zákon zachování energie následující tvar: KEi + RMEi = KEf + RMEf.

V tomto příkladu je KEi = 0. Všimněte si, že potenciální energii není třeba uvažovat, protože počáteční a konečný stav jsou neinteragující.

Zachování úhlové hybnosti
Úhlová hybnost (L) zahrnuje polohu hmoty (R) a také její úhlovou rychlost, w.

L = m R v = I w

Když se hvězda hroutí (nebo bruslařka přitahuje ruce), R se zmenšuje, Jestliže se úhlová hybnost zachovává, musí se buď m, nebo v zvětšovat, když se R zmenšuje. Zvětšení v je pro bruslaře mnohem snazší než zvětšení m! Zvětšení v umožňuje zachování L.

m1 R1 v1= m2 R2 V2

Spin
Občas slyšíte o „spinu“ elektronů nebo jiných částic.
Jak mohou mít částice „bez rozměrů“ spin? A jak může být vlastní charakteristikou? Baseballový míček si přece nezachová svůj spin, když ho chytíte.

V časopise Scientific American Ask the Expert najdete informace o spinu a historii jeho názvu.
Článek The Quest for the Spin Transistor (Hledání spinového tranzistoru) na serveruIEEE pojednává o spinu a vypráví o novějších studiích.

Zachování baryonového čísla
Baryony jsou hadrony (složené částice z kvarků) složené z libovolných tří kvarků. Baryonové číslo se při reakci zachovává. Každý baryon musíte počítat jako +1 a každý antibaryon jako -1. Nebaryony mají baryonové číslo 0.

p- + p+ ne + p- + p+
Tento pozorovaný děj zachovává elektrický náboj i baryonové číslo.

p+ p+ + po
Tento jev zachovává elektrický náboj, ale nikoliv baryonové číslo, takže k němu nedochází.

Zachování leptonového čísla
Existuje šest leptonů: tři mají elektrický náboj a tři, nazývané neutrina, jej nemají. Nejznámějším leptonem je elektron. Tauon a mion jsou další dva nabité leptony. Každé neutrino je spojeno s jedním z nabitých leptonů.

Leptonové číslo se zachovává i při reakcích. Opět platí, že leptony mají leptonové číslo +1, antileptony -1 a neleptony 0.

e+ + e-p+ + p-
Tato pozorovaná událost zachovává elektrický náboj i baryonové číslo.

p-e- + g
Náboj se zachovává, ale leptonové číslo nikoli. Na levé straně není žádný lepton, ale na pravé straně je. To se nemůže stát.

Pokud vás to zajímá, pro třetí typ částic, mezony, jako je p, zákon zachování NEexistuje.

.