1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : الفيزياء الحديثة : النظرية النسبية : النظرية النسبية الخاصة :

التجارب الاولى لقياس السرعة

المؤلف:  د. حسون. ناظم احمد ، د. شاحوت. عياد مفتاح و د. ابراهيم. بثينة عبد المنعم

المصدر:  النظرية النسبية الخاصة

الجزء والصفحة:  ص11

27-4-2016

2158

التجارب الاولى لقياس السرعة

سبق ان وضحنا انه اذا اثرت قوة ثابتة  على جسيم فان سرعة الجسيم تأخذ بالازدياد بصورة تدريجية مع الزمن فاذا بدأ الجسيم بالحركة من السكون في اللحظة الزمنية t = 0 يكون :

بفرض ان الكتلة لا تتغير مع الزمن.

من الممكن اذن جعل الجسيم يكتسب اية سرعة عالية بالتأثير عليه بقوة تستمر لفترة  طويلة من الزمن. فهل يمكن ذلك؟

ان الجسيمات الخفيفة يمكن تعجيلها بسهولة وان اخف جسيم يمكن الحصول عليه هو الالكترون. لنعتبر الان التجربة الاتية التي بواسطتها نستطيع تعجيل مثل هذه الجسيمات الى سرع عالية جدا. والشكل (1-1) يبين احد المعجلات التي استخدمت لتعجيل هذه الجسيمات.

الشكل (1-1) : رسو تخطيطي لجهاز قياس زمن انطلاق الالكترونات السريعة، حيث تنطلق الالكترونات من باعث الكتروني وتعجيل بواسطة فرق جهد.

تنطلق الالكترونات التي شحنة كل منها q من المصدر، وتتعجل بواسطة فرق جهد كهربائي عال V فتزاح هذه الإلكترونات بعدها باتجاه انبوبة طويلة وبسرعة ثابتة يمكن حسابها من معرفة الفترة الزمنية لانتقالها داخل الانبوبة.

من قوانين حفظ الطاقة نرى ان سرعة كل الكترون بعد انتهاء منطقة التعجيل يمكن حسابها من الفقدان بالطاقة الكامنة الكهربائية وكالآتي :

حيث ان v السرعة التي اكتسبها الالكترون وان m0 كتلته. وبما ان :

وان فرق الجهد V المسلط في احدى التجارب يساوي :

لذا ستكون سرعة الالكترون المتوقعة مساوية الى :

ان الحسابات هذه مبنية على نظرية نيوتن القديمة ولا يحتمل ان تحصل هناك اخطاء محسوبة. أما النتائج العملية المقاسة في هذه التجربة فهي لا تتفق مع النظرية وكانت القراءات التجريبية كالآتي :

طول الانبوبة :  8.4 m =

فترة الانتقال : t =3.08 ×10-8 s

اذن تكون السرعة المقاسة للإلكترون مساوية الى :

يلاحظ من النتيجة الاخيرة ان السرعة المقاسة عمليا هي اصغر من تلك المتوقعة نظريا والصورة اصبحت اكثر وضوحا بعد اجراء سلسلة من التجارب المشابهة التي استخدمت فيها جهود معجلة مختلفة. ولقد لوحظ انه في حالة زيادة الجهود المعجلة تنتج زيادة قليلة في السرعة.

الشكل (1-1) : نتائج تجربة السرعة  v2كدالة لطاقة الالكترونات، توضيح اقتراب v من c (سرعة الضوء في الفراغ)

يلاحظ في الشكل (1-1) أن هناك سرعة نهائية لا يمكن الوصول الى قيم ما بعدها مما استخدمنا من جهود معجلة عالية. ان هذه السرعة تطابق القيمة النهائية التي عندها تكون v2 مساوية الى :

وهذه السرعة هي سرعة الضوء نفسها التي كما تثبت التجربة تلعب دورا مهما ليس فقط فيما يخص انتشار الضوء نفسه ولكن ايضا في حركة الجسيمات. والدراسة الحالية تتعلق بالطريقة التي لا تصح فيها نظرية نيوتن (الميكانيك القديم) للجسيمات المتحركة بسرع عالية تصل الى سرعة الضوء فالميكانيك القديم يطبق فقط في حالة الجسيمات المتحركة بسرع واطئة ويكون التكهن النظري حسب العلاقة النظرية :

متفقا مع التجارب والملاحظة العملية، والعلاقة (1-4) تمثل خطاً مستقيما كما هو موضح في الشكل (1-1) الذي يمر بنقطة الاصل. ان النتيجة المثيرة في هذه التجربة هي ان كل الكترون يحمل طاقة كلية بصيغة طاقة حركية مساويا تماما الى qv اذن لما كانت التجربة قد اثبتت ان  يعني هذا عند السرع v التي تقترب قيمتها من سرعة الضوء يتبين اما ان يكون التعبير التقليدي  غير صحيح او ان الالكترونات قد تحمل اثناء حركتها طاقة بصيغة اخرى غير الصيغة الحركية المعروفة .

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي