פיזיקה גרעינית

שלום,

כח המשיכה (ליחידת מסה) מתכונתי למסה של מקור הכח ומתכונתי הפוך לריבוע המרחק:  F=GM/R^2

מאחר ורדיוס החור השחור קטן בהרבה מרדיוס השמש, כח המשיכה על שפת החור השחור חזק הרבה יותר מהכח על שפת השמש לפני קריסתה.

בברכה,

פרופ' אבישי דקל
מכון רקח לפיזיקה
האוניברסיטה העברית

שלום מוריצי,

 שאלותיך אכן מעניינות, ואנסה לענות בקצרה.

 ראשית מספר הבהרות:

א) מעגל הוא מקרה פרטי של אליפסה בה שני המוקדים מתלכדים (כלומר פחיסות אפסית). ולכן, בהפשטה, כל גרמי השמים המקיפים את השמש בצורה מחזורית, כולל כוכבי לכת, שביטים, וכו, נעים במסלולים אליפטיים בעלי דרגות פחיסות שונות.

ב) הטענה שכוכבי הלכת הקרובים נעים כמעט במעגל אינה מדוייקת; כוכב חמה הוא הקרוב ביותר לשמש ובעל האקסצנטריות הגדולה ביותר, בשיעור של 0.205 (לפלוטו אקסצנטריות מעט גדולה יותר אולם הוא כבר אינו נחשב כוכב לכת). 

ג) לא מדוייק לומר שכוכבי הלכת מקיפים את השמש. בבעיה דו-גופית נעות שתי המסות (למשל השמש וכוכב לכת) סביב מרכז המסה (יותר נכון, מרכז התנע) של המערכת. אולם כאשר אחת המסות (למשל השמש) גדולה הרבה יותר מהמסה השניה (כוכב הלכת) תנועתה קטנה וניתן להזניח אותה. בקירוב זה ניתן לומר שכוכב הלכת מקיף את השמש. כאשר יש מספר כוכבי לכת סביב שמש, הם גם מפעילים כוח אחד על השני וזה יוצר שינוי נוסף של המסלולים. אפקטים אלו הם קטנים יחסית (אך מדידים) ולכן חוקי קפלר תקפים בקירוב.

 ואשר לשאלתך:

אכן אתה צודק, עבור אוסף מסלולים בעלי תנע זוויתי נתון, למסלול המעגלי זמן ההקפה הקצר ביותר. אולם יש להיזהר עם ההבחנה הזו, כיוון שלכל מסלול כזה אנרגיה שונה (ניתן להראות שהאנרגיה נקבעת לחלוטין ע"י הציר הארוך של האליפסה). לכן, כדי שכוכב לכת ישנה את מסלולו צריך להיות מנגנון שמוסר או לוקח אנרגיה מכוכב הלכת, אפילו אם התנע הזוויתי שלו נשאר קבוע (בפועל, מנגנון כזה יכול לשנות גם את התנע הזוויתי). האינטראקציה של כוכב הלכת עם כוכבי לכת אחרים, עם הדיסקה של כוכב האם (השמש במקרה של מערכת השמש שלנו), אם זו עדיין קיימת, או עם גורם חיצוני אחר עשויה להוות מנגנון חילוף אנרגיה כזה. חישוב ההשפעה של אינטראקציה כזו על מסלול כוכב הלכת היא בעיה סבוכה שעוסקים בה אסטרופיזיקאים רבים. לא ברור (לפחות לי) אם זה ההסבר לפחיסות המסלולים או אם צורת המסלולים נקבעה עם היווצרות כוכבי הלכת.

 לגבי האלקטרון: למרות שמבחינה קלאסית קיימת אנלוגיה בין מסלול אלקטרון באטום למסלול של כוכב לכת, מודל פיזיקאלי של אטום קיים רק במסגרת תורת הקוונטים. בשונה מכוכבי לכת, אלקטרונים הם חלקיקים טעונים חשמלית, ולכן מקרינים קרינה אלקטרומגנטית. ניתן להראות שבתורה קלאסית אטומים אינם יציבים, כיוון שבגלל התאוצה הזוויתית יקרין האלקטרון את כל האנרגיה שלו בתוך מיליארדית שניה לערך ויקרוס לגרעין. בעיה זו נפתרה במודל הקוונטי, שם מותרים רק מסלולים מסויימים (מעין גלים עומדים), ורק אלקטרון אחד בכל מצב בעל אנרגיה ותנע זוויתי נתונים (עיקרון האיסור של פאולי). למעשה, מודל זה מהווה את ההסבר לטבלה המחזורית של היסודות. יחד עם זאת, אטום מעורר אכן יפלוט קרינה תוך כדי מעבר לרמת אנרגיה נמוכה יותר המותרת. לדוגמה, באטום המימן למצב היסוד (המסלול הפנימי ביותר המותר ע"פ תורת הקוונטים) תנע זוויתי אפס, וניתן לחשוב עליו כמעין מסלול מעגלי (למעשה, במצב זה לסיכוי של האלקטרון להימצא במקומות שונים ליד הגרעין, כלומר לפונקציית הגל שלו, יש סימטריה כדורית, כך שתיאור של מסלול מעגלי הוא לא ממש מדוייק). למצב זה האנרגיה הנמוכה ביותר, ולכן שם ישאף האלקטרון להימצא באופן טבעי. כאשר האטום מעורר (למשל כתוצאה מהתנגשות חזקה עם אטום אחר) "קופץ" האלקטרון למסלול עם תנע זוויתי שונה מאפס, ואתה יכול אולי לדמיין מסלול זה כאליפטי, למרות שתיאור זה הוא אינטואיטיבי בלבד. מיד לאחר העירור יפלוט האלקטרון קרינה (בתחום האולטרא-סגול עבור אטום המימן)  ויפול לרמת היסוד תוך זמן קצר ביותר.

בברכה,

פרופ' עמיר לוינסון
הפקולטה לפיזיקה ואסטרונומיה
אוניברסיטת תל אביב

איתי שלום,

מצ"ב קישור לתשובות מומחים באתר בנושא האנרגיה מהמפץ הגדול:

http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=6080
http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=5903
 

כמו כן, מצורף קישור למקור מידע בנושא המפץ הגדול:

http://davidson.weizmann.ac.il/online/askexpert/astrophysics/%D7%9E%D7%94%D7%99-%D7%91%D7%A2%D7%A6%D7%9D-%D7%94%D7%AA%D7%A4%D7%A9%D7%98%D7%95%D7%AA-%D7%94%D7%99%D7%A7%D7%95%D7%9D-%D7%94%D7%AA%D7%A4%D7%A9%D7%98%D7%95%D7%AA-%D7%90%D7%9C-%D7%AA%D7%95%D7%9A-%D7%9E%D7%94

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום!

1)      מודל האטום של בוהר הוא, כמובן, מיושן ופרימיטיבי.

תורת הקוואנטים המודרנית אינה "רואה" אלקטרון נקודתי טעון ש"רוקד הורה" סביב הגרעין. אלא פונקצית-גל. למרבה הפלא, אפשר בכל זאת להראות שההתנהגות המגנטית של אטומים (כלומר – השדה המגנטי שלהם) נובעת בחלקה מ"תנועת" האלקטרון ("כאילו") סביב הגרעין. בחלקה האחר היא נובעת מהעובדה שהאלקטרון עצמו גם הוא מגנט קטן (בגלל הספין שלו). בקיצור – ה"זרם" של האלקטרון אכן כן מתחשבים בו!

בזכותו יש לחומר תכונות מגנטיות.

2)      זוהי שאלה שיש להפנות לניסיונאי (אני תיאורטיקאי).

האם בטכנולוגיות הקיימות ניתן ל"הרקיד" אלקטרון בודד במסלול זעיר בעל ממדים אטומיים באמצעות שדה מגנטי מתאים? לא אתפלא אם אפשרות כזאת כבר קיימת.

השאלה היא – למה יואיל ניסוי כזה?

בברכה רבה,

פרופ' יששכר אונא
פיסיקה
האוניברסיטה העברית

ישראל שלום,

להלן קישור לתשובת מומחה שענה באתר בנושא: "זרם חשמלי"

http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=5979

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

יהודית שלום,

נדון במקרה של תייל מוליך חשמל, נחושת למשל,בטמפרטורת החדר. אם לא מפעילים שדה חשמלי לאורך התייל, יוכלו האלקטרונים החופשיים לנוע, בתנועה אקראית ומהירותם הממוצעת היא אפס.

לאחר שמפעילים שדה חשמלי בכיוון התייל, נוסף למהירות האקראית (אשר מכונה: ”מהירות טרמית”) רכיב חדש, בכיוון הפוך לכיוון התייל, כי האלקטרונים טעונים במטען שלילי. החיבור הווקטורי בין המהירות הטרמית לרכיב החדש הנ"ל לאחר מיצוע על כל האלקטרונים, נותן את "מהירות הסחיפה“. מהירות הסחיפה קטנה בהרבה מגודלה של המהירות הטרמית. אפשר להסתכל על ההתנגדות החשמלית כנובעת מהפיזור של האלקטרונים החופשיים עם היונים הכבדים מהם בהרבה. לכן, מהירות הסחיפה תגדל כאשר ההתנגדות תקטן.

חשוב להדגיש כי מהירות ההתפשטות של האות החשמלי בתייל היא הרבה יותר גדולה מהמהירויות אשר דנו בהן עד כה, והיא קרובה למהירות האור. לכן הפרש הזמנים בין הדלקתה של נורה לבין הופעת האור נראה כמיידי. זאת כי אין לראות את התקדמות האות בתייל כאילו והוא נובע מאלקטרוןן שיוצא מהמפסק ומגיע לנורה. מה שקורה הוא שהאלקטרון הראשון נותן דחיפה קלה לזה שלידו וזה שלידו נותן דחיפה קלה לשכנו וכולי, עד שהאלקטרון האחרון נע. הדבר דומה ל-”משחק המנהלים" שבו יש מספר כדורי מתכת תלויים על חוטים. כאשר מסיטים את הכדור הראשון הרחק מהכדורים האחרים ונותנים לו להתנגש עם הכדור שלידו, יזוז רק הכדור האחרון ממצב שיווי המשקל שלו.

בברכה,
 

פרופ' גד עילם
פיסיקה
הטכניון

שלום,

מצ"ב קישור למס' תשובות המופיעות באתר בנושא כוח משיכה-דחייה בגרעין: http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=2713
http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=3443
 

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום,

תחילה יש אי דיוק מה בניסוח השאלה - מראש הגלים מוגדרים כך שהם אותו דבר (רק הפוך) באותו מקום (על ציר x), כך שאין צורך "להביא אותם" לאותו מקום, הם "שם".

בכל מקרה, במקרה המתואר שני הגלים מתבטלים לחלוטין לא רק מתימטית, גם פיזיקלית. אין אור, אין תנע, אין כלום, ולכן גם לא אפקט קומפטון.

בברכה,

ד"ר דובי פוזננסקי
הפקולטה למדעים מדוייקים, ביה"ס לפיזיקה ואסטרונומיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום דניאל,

התשובה לשאלתך נמצאת בתורת ההסתברות.

תורת הקוואנטים יודעת לומר בדייקנות מה ההסתברות ,שאטום מסויים יתפרק תוך זמן מסויים. הזמן שעבורו ההסתברות היא 50% נקרא זמן מחצית החיים. לגבי אטום בודד אין לנו כל אפשרות לדעת אם יתפרק עכשיו או בעוד שנה (אם זמן מחצית החיים הוא אלף שנה, למשל). אבל, כשמדובר במיליארדי מיליארדים של אטומים הנמצאים בגראם אחד של ראדיום, למשל, פועל החוק הסטאטיסטי של המספרים הגדולים. ניתן אז לומר בדיוק רב שכעבור זמן מחצית החיים תתפרק מחצית הכמות של הראדיום וישאר 1/2 גראם בלבד.

 אגב, לפי אותו עיקרון פועלות חברות הביטוח כאשר אתה או הוריך מבטחים את עצמם בביטוח חיים!

 בברכה 

יששכר אונא.

פרופ' יששכר אונא
פיסיקה
האוניברסיטה העברית