Transcript lec01.ppt
הקדמה ניתן לצפות בשקיעה מעל ים שקט בשכיבה ולאחר מכן בעמידה. ממדידת הפרש הזמן בין שתי השקיעות אפשר להעריך את רדיוס כדור הארץ! בתודה לפרופסור שאול גורן מדידות הפיסיקה היא מדע ניסיוני המבוסס על מדידות! ללא מדידות אין ערך לשום תיאוריה והתיאוריות נבחנות על סמך יכולתן להסביר תוצאות ניסיוניות ,ויותר חשוב ,לנבא תוצאות של מדידות חדשות. לשם עריכת מדידות יש צורך ביחידות ,ובסטנדרט של כל יחידה המאפשר השוואה בין מדידות שונות של גודל פיסיקלי מסוים. מערכת היחידות המקובלת קרויה SIוידועה גם בשם MKS (מטר ק"ג שניה) .כל יחידה פיסיקלית היא שילוב של יחידות אחרות. 1 watt = 1 W = 1 kg m2/s3 הדרך לכתוב מספרים של גדלים פיסיקליים הוא לא בצורת שבר עשרוני אלא בצורת חזקה .כלומר 3 560 000 000 m = 3.56x109 m 0,000 000 492 s = 4.92x10-7 s הטבלה הבאה מראה את הסימון הקונבנציונלי של סדרי הגודל. 1024 yotta Y 1021 zetta Z 1018 exa E 1015 peta P 1012 tera T 109 giga G 106 mega M 103 kilo k 102 hecto h 101 deka da 10-1 deci d 10-2 centi c 10-3 milli m 10-6 micro µ 10-9 nano n 10-12 pico p 10-15 femto f 10-18 atto a 10-21 zepto z 10-14 yocto y אורך יחידת האורך הסטנדרטית היא המטר ) ,(mשנקבעה בימי נפוליאון להיות שוות ערך ל -עשירית מיליון של המרחק בין הקוטב הצפוני וקו המשווה. לאור העובדה שסטנדרט זה איננו פרקטי ,הוגדר המטר כמרחק בין שני קווים על מטיל של נתך של פלטיניום -אירידיום. בשנות השישים הוגדר המטר לפי אורך גל של האור .המטר הסטנדרטי הוגדר כ – 1 650 763.731אורכי גל של אור כתום – אדום שנפלט מהאיזוטופ של .86Kr כיום מוגדר המטר כמרחק שעובר האור בוואקום במשך 1/299 792 458 שניות. בפיסיקה חשוב מאוד להעריך את סדר הגודל של הפרמטר הפיסיקלי. מדידה מרחק במטרים המרחק לגלקסיה שנוצרה ראשונה המרחק לגלקסיה אנדרומידה המרחק לכוכב הקרוב ביותר 2x1026 2x1022 4x1016 המרחק לכוכב הלכת פלוטו 6x1012 רדיוס כדור הארץ 6x106 גובה האברסט 9x103 1x10-4 עובי הדף אורך טיפוסי של וירוס רדיוס אטום המימן רדיוס הפרוטון 1x10-8 5x10-11 1x10-15 דוגמה כדור הצמר הגדול בעולם הוא בעל רדיוס של 2מטר .חשב את סדר הגודל של אורך Lשל החוט בכדור. נקודת המפתח היא העובדה שנפח החוט ונפח הכדור שווים. נעריך שעובי החוט dהוא 4מ”מ (הערכה מקסימלית). נפח החוט V=d2Lכאשר Lהוא אורך החוט. מצד שני ולכן V=4πR3 / 3 4R3 L=4R3 / d2 106 m זמן לזמן יש שתי משמעויות. • משמעות יומיומית המאפשרת תכנון היום. • כמה זמן נימשך אירוע מסוים. ז.א כל סטנדרט של זמן צריך להיות מסוגל לענות על שתי שאלות: מתי קרה האירוע. כמה זמן הוא נמשך. סטנדרט של זמן יכול להיות כל תופעה החוזרת על עצמה. • סבוב כדור הארץ. •תנודות של טבעת קוורץ. לצרכים מודרניים פותחו שעונים אטומיים ניתן לקבל על הזמן אינפורמציה באתר http://tycho.usno.navy.mil/time.html סטנדרט הזמן ניתן ע"י 9 192 631 770תנודות של האור הנפלט מאטום של .133Csסטנדרט זה מאפשר קביעה מדויקת של זמנים .שני שעונים אטומיים יצטרכו לפעול 6000שנה כדי שתהיה סטייה של שניה ביניהם. הציור מראה את השנויים של אורך היום על פני כדור הארץ במשך 4 שנים כפי שנמדדו על ידי שעון אטומי .השינויים הם כנראה כתוצאה של גאות ושפל ורוחות בקנה מידה גדול. דוגמה כשאתה שוכב על החוף וצופה בשקיעה אתה מפעיל שעון עצר בדיוק כשהשמש נעלמת .כאשר אתה עומד וצופה בשמש ממרום קומתך של 1.70מטר ,אתה רואה את שקיעת השמש 11.1 שניות לאחר מכן .מהו הרדיוס rשל כדור הארץ? r2 +d2 = ( h+r )2 = h2 + 2 r h +r2 h2 +2 r h = d2 h << r ולכן d2 2 r h היא הזווית בין הרדיוס ושני המשיקים והיא גם הזווית שהשמש נעה סביב הארץ במשך 11.1שניות .ולכן ) / 360 = 11.1 / (3600x24 = 0.004625 r2 tan2 = d2 = 2 r h r tan = d r = 5.22x106 m בהשוואה לערך המדוד ש ל 6.37x106 m ניתן למדוד את רדיוס כדור הארץ בעזרת סרגל ושעון. מעבר ממערכת יחידות אחת לשניה לעיתים יש צורך לעבור ממערכת אחת לשניה ע"י שיטת המעבר השרשרתית .בשיטה זו מכפילים את תוצאות המדידה המקורית בגורם המעבר .לדוגמה 1 min/60 s = 1 ולכן וגם 60 s/ 1 min = 1 2 min =(2 min) (1) =(2 min) (60 s /1 min) = 120 s זמנים טיפוסיים בטבע (שניות) זמן חיים של הפרוטון (הערכה) גיל היקום גיל הפירמידה של פרעה כאופס תוחלת חיים של האדם אורך היום זמן בין שתי פעימות לב זמן החיים של המואון אורך פולס האור הקצר ביותר במעבדה זמן החיים של רוב החלקיקים הבלתי יציבים קבוע הזמן של פלנק1 1x1039 5x1017 1x1011 2x109 9x104 8x10-1 2x10-6 6x10-15 1x10-23 1x10-43 .1הזמן הקצר ביותר שיש לו משמעות בחוקי הפיסיקה הידועים לנו. המסה בעבר ,סטנדרט המסה היה גליל של נתך של פלטיניום – אירידיום השמור במשרד למשקלות ומידות בפריס בעל משקל של ק"ג אחד. היום ,הסטנדרט מבוסס על אטום של .12Cזוהי יחידת מסה אטומית הניתנת על ידי הקשר הבא 1u = 1.6605402x10-27 kg 1x1053ק”ג היקום הידוע 2x1030 שמש 5x1015 אסטרואיד ארוס אוניית אוקינוס 7x107 3x10-3 ענב מולקולת פנצילין5x10-17 פרוטון 2x10-27 הגלקסיה שלנו 2x1041 7x1022 ירח 1x1012 הר קטן 5x103 פיל חלקיק אבק 7x10-10 אטום אורניום 4x10-25 אלקטרון 9x10-31