Fale materii i pęd fotonu: jak porównać cząstki?

Potrzebne wiadomości: Pęd, energia kinetyczna i długość fali.

Ten sam związek z pędem

Długość fali de Broglie’a spełnia \lambda=h/p. Dla nierelatywistycznej cząstki o masie m mamy p=mv=\sqrt{2mE_k}. Dla fotonu w próżni p=E/c=h/\lambda. Jednakowe długości fal oznaczają jednakowe wartości pędów, ale nie jednakowe energie kinetyczne masywnych cząstek i energie fotonów.

Przy stałej energii kinetycznej długość fali masywnej cząstki jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka z masy. Przy stałej szybkości jest odwrotnie proporcjonalna do masy. Trzeba więc przeczytać, co naprawdę utrzymano bez zmian.

Dyfrakcja i przekaz pędu

Rozpraszanie elektronów na uporządkowanej materii może ujawnić interferencję fal związanych z ich stanem. Do zobaczenia zjawiska potrzebne są odpowiednie długości fal, geometria i przygotowanie wiązki; samo napisanie h/p dla piłki nie gwarantuje dostępnego doświadczenia.

Światło też przekazuje pęd. Idealna, prostopadle padająca wiązka mocy P daje siłę P/c przy pochłanianiu i 2P/c przy odbiciu wstecz od praktycznie nieruchomego lustra. Dla 0,60 W i c=3·10⁸ m/s siły wynoszą 2 i 4 nN. Różnica wynika z odwrócenia pędu, nie z wytworzenia dodatkowej energii. Przykłady są rachunkami; nie wymagają doświadczeń z laserem ani wiązką elektronową.

Zadania do tego tematu

• Czterokrotnie większa energia elektronu i długość fali
• Dwie cząstki o tej samej szybkości i różnych masach
• Siła światła dla idealnego lustra

Dalsza lektura

Materiał referencyjny