Vraag:
Newtoniaanse mechanica: massaloze deeltjes
Francesco Costa
2020-06-22 12:34:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hebben massaloze deeltjes een betekenis in de Newtoniaanse mechanica? Hebben ze een fysieke interpretatie?

Omdat we geen bewegingsvergelijking hebben voor massaloze deeltjes, hebben we geen zwaartekrachtpotentieel.We kunnen elektrisch potentieel hebben, maar dan missen we de bewegingsvergelijking.

Ik zie niet in hoe ze een fysiek object kunnen zijn, maar ik hoor graag van je hierover.

Vijf antwoorden:
Charles Hudgins
2020-06-22 21:08:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De andere antwoorden zijn juist, maar ik zou ook graag wat praktisch advies willen geven.

U kunt bijvoorbeeld een blok- en tackelsysteem tegenkomen waarbij u wordt gevraagd de blokken als massaloos te behandelen.Wat dit in de praktijk betekent, is dat u de beperking moet handhaven dat de som van de krachten op de blokken $ 0 $ is.

Meer in het algemeen zou u een Newtoniaans deeltje zonder massa kunnen beschouwen als een formeel (niet strikt fysiek) object dat de beperking $ \ sum F = 0 $ afdwingt.

Alex
2020-06-22 12:56:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zoals je al aangaf, hebben massaloze deeltjes geen betekenis in de mechanica van Newton.Dit komt terug op de manier waarop massa wordt gedefinieerd

\ begin {equation} m = \ frac {F} {a} \. \ end {equation}

Dit impliceert dat een deeltje met $ m = 0 $ geen momentum en geen kinetische energie zou hebben en dus helemaal niets zou zijn.

_ "zou geen momentum en geen kinetische energie hebben" _ - of het zou beide hebben, en een oneindige versnelling ervaren door een eindige kracht.
@Ruslan Elke kracht die niet gelijk is aan nul, hoewel het idee van een oneindige kracht gewoon grappig is ...
Dit verwart algebra met natuurkunde.Massa wordt niet bepaald door versnelling.Op basis van dit idee heeft een object dat in rust is of beweegt met een constante snelheid een ongedefinieerde massa.De massa van een object is onafhankelijk van de versnellingssnelheid en de krachten die erop inwerken in de Newtoniaanse fysica.
Objecten die 'in rust' zijn ten opzichte van ons referentiekader ondervinden geen 'geen' versnelling.Ze versnellen naar alle andere deeltjes in de buurt met een kracht die omgekeerd evenredig varieert met de afstand.De locaties met grotere aantallen deeltjes, zoals de zon, genereren een grotere netto versnelling.
@MichaelTreanor Dat is interessant.Wanneer u * F = ma * gebruikt in de mechanica van Newton, wat sluit u dan aan voor * a * in de situatie dat een object 'in rust' is ten opzichte van het frame?
Ilmari Karonen
2020-06-23 16:16:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het is soms zinvol om een ​​deeltje te omschrijven als een "verwaarloosbare massa", d.w.z. om rekening te houden met de limiet waar de massa van het deeltje naar nul neigt. Soms worden dergelijke deeltjes in de volksmond beschreven als 'massaloos', hoewel ze niet moeten worden verward met massaloze deeltjes zoals fotonen in de speciale (of algemene) relativiteitstheorie, die een rustmassa van nul hebben maar een niet-nul momentum , en gedragen zich dus kwalitatief anders dan de "verwaarloosbare massa" limiet van de Newtoniaanse fysica (waar het momentum van het deeltje ook neigt naar nul).

Een bekend voorbeeld van een dergelijke situatie doet zich voor met orbitale dynamica onder Newtoniaanse zwaartekracht. Denk bijvoorbeeld aan een door mensen gemaakte satelliet die in een baan om de aarde draait. Aangezien de massa van de satelliet verdwijnend klein is in vergelijking met de massa van de aarde (of van de zon of de maan of andere planeten of manen in het zonnestelsel), heeft het in wezen geen meetbaar effect op de beweging van de aarde of andere lichamen in het zonnestelsel. Maar het volgt nog steeds een goed gedefinieerd traject dat wiskundig gezien neigt naar een welbepaalde limiet naarmate de massa van de satelliet afneemt naar nul.

Voor berekeningen is het dus vaak handig om de massa van de satelliet te behandelen alsof deze exact nul is, zodat we niet echt een specifieke massa aan de satelliet hoeven toe te wijzen bij het uitvoeren van de berekening en zodat de invloed ervan op de trajecten van andere lichamen hoeven niet te worden berekend.

Natuurlijk betekent een massa van nul dat elke kracht die niet gelijk is aan nul, zou resulteren in een oneindige versnelling, wat duidelijk niet fysiek is.Maar zolang de satelliet alleen door de zwaartekracht wordt beïnvloed, blijkt dit geen echte problemen te veroorzaken, aangezien de zwaartekrachten die door andere lichamen op de satelliet worden uitgeoefend ook evenredig zijn met zijn massa, en deze effecten heffen elkaar op zodat zelfs eendeeltje met een verwaarloosbare massa ervaart nog steeds een gravitationele versnelling die naar een eindige limiet neigt, aangezien de massa van het deeltje naar nul neigt.

In wezen weerspiegelt deze handige annulering het feit dat zwaartekracht in de algemene relativiteitstheorie eigenlijk een fictieve kracht is - en zich dus ook gedraagt als een kracht onder de Newtoniaanse fysica, wat een lage massa is, een lage snelheidslimietvan de algemene relativiteitstheorie.(Zie ook dit eerdere antwoord dat ik schreef op een gerelateerde vraag.)

niels nielsen
2020-06-22 12:56:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Massaloze deeltjes hebben geen betekenis in de Newtoniaanse ("klassieke") mechanica.

Het meest voorkomende massaloze deeltje, het foton, heeft een rustmassa van nul, maar omdat het altijd met de snelheid van het licht reist, heeft het momentum.Er zijn in het echt geen macroscopische objecten met deze eigenschappen.Het is echt in die zin dat het meetbare eigenschappen heeft (energie of golflengte, snelheid en polarisatie) en dat de effecten ervan op andere objecten meetbare gevolgen hebben (foto-elektrisch effect, foto-ionisatie, enz.).

Mogelijk is het punt dat we proberen te bereiken dit: we kunnen alle bewegingen van de planeten en de sterren heel goed voorspellen met behulp van de Newtoniaanse fysica.(ironisch genoeg door de interacties van lichtgolven met die objecten te gebruiken - ik lach altijd als ik daaraan denk) Hoe kunnen we dan deze 'nulmassa'-hypothese verklaren als het overduidelijk is dat licht rond grote objecten wordt gebogen.We hebben veel objecten waargenomen die achter andere objecten verborgen zijn door dit gravitatielenzeneffect.Dus ... hoe komt het dat een deeltje zonder massa de versnelling van de zwaartekracht ervaart nabij die sterren?
Hier is waarom.Einsteins model van algemene relativiteitstheorie bevat een term die energie koppelt aan zwaartekracht: alles wat energie bezit, zal daarom reageren op een zwaartekrachtveld.Omdat een foton energie vervoert, reageert het op zwaartekrachtvelden door zijn baan te buigen, alsof het massa heeft.
* Het foton is een kwantummechanisch object zonder klassiek analoog * Dit is gewoon verkeerd.EM-golf of punt massaloos relativistisch deeltje zouden klassieke analogen zijn (het zijn gewoon geen Newtoniaanse mechanica-objecten), en trouwens * zijn er * massaloze representaties van de Galilei-groep.
Wat zou het fysieke gedrag zijn van zo'n massaloze representatie, kan ik ze bijvoorbeeld versnellen?Kan een kracht op hen inwerken?Of zijn het per definitie gewoon vrije deeltjes?
@A.V.S. Ik heb mijn antwoord aangepast.maar vertel eens: bestaan er in de natuur massaloze voorstellingen van de Galilei-groep?
anna v
2020-06-22 13:08:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Newtoniaanse mechanica per definitie gehoorzamen aan bewegingswetten van Newton.

De tweede wet:

In een inertiaal referentiekader is de vectorsom van de krachten $ F $ op een object gelijk aan de massa $ m $ van dat object vermenigvuldigd met de versnelling $ a $ van het object:

$ F = ma $ .(Hierbij wordt aangenomen dat de massa m constant is

Indien $ m = 0 $ , $ F = 0 $ door constructie

dus er is geen kinematica om wiskundig te beschrijven.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 4.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...